汽车冲压件成形和缺陷研究

[摘 要]零件的冲压和制作是汽车制作过程中的首要工作，其次才是组装和拼接，其中汽车冲压是汽车制作过程中的一项重要工作，汽车中有很多零件都是冲压件，冲压主要有两部分，分别是用最少的材料冲压出需要的冲压件以及对材料进行冲压以制作出需要的冲压件。汽车冲压件有很多优势同时也存在一些不足之处，不冲压件成形过程中由于使用的工艺技术不同，导致冲压件出现一些缺陷，因此有必要对这些缺陷进行分析，以给制作人员提供需要改进的地方。

[关键词]汽车冲压件；成形；缺陷

中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0114-02

汽车制造过程中的一个关键环节就是冲压，汽车外表的覆盖件由于暴露在车身外面，因此要求表面必须光滑，不能出现皱纹以及凹痕等，它不但用于提升汽车的美观性，还可以保证汽车的受力，这些基本的构件对成形控制技术提出了较高的要求，对汽车冲压件成形以及过程中出现的缺陷进行分析，有助于提高汽车的功能性，减少汽车制作过程中出现的质量问题。

1、汽车冲压件成形的过程

1.1 分析冲压件图

冲压工艺方案分析和制定的依据是产品零件图，因此在分析设计冲压工艺过程的时候也要从零件图入手，具体主要是从冲压件图的经济性与技术性上考虑。

1.1.1 分析冲压加工的经济性

在冲压加工方法上具有先进性的特点，这主要是因为该工艺具有操作简单、材料利用率高及其生产率高的特点，因此，目前的应用具有广泛性。然而模具费用较高，使得冲压加工的经济性受到了生产批量大小的直接影响，具体表现为批量越小，冲压单件加工成本越高，反之，批量越多，总成本数量就越低，因此对于零件制作数量较少的情况应该尽可能的选择其他制作方法。由此可见，在制作冲压件的时候，要与冲压件的生产纲领充分结合，从而保障冲压工艺的实施能够获得最大化经济效益。

1.1.2 分析冲压件的工艺性

冲压加工零件的难易程度则是对冲压件工艺性的体现，在技术上主要是对零件材料性能、精度要求、尺寸大小和形状特点的分析，使其与冲压件工艺要求相符。与此同时，良好的公益性还应具备以下特点，即操作方便、简单、产品质量稳定、模具寿命长且结构简单、工序数目少及其材料消耗少。通常情况下冲压件的精度和结构尺寸会对冲压件工艺性产生严重的影响，假如出现了零件工艺性差的情况，就应该讲相关建议和意见向设计部门提出，进而适当的修改零件图，保证冲压工艺性。

1.2 各工序工艺方案的确定与设计

以零件成形总体工艺方案的确定为依据将各道冲压工序的工艺方案确定并设计，在内容上主要为完成本工序成形加工方法的确定；本工序主要工艺参数的确定；以冲压工序的成形极限为依据计算必要的工艺，如一次翻边的高度、弯曲件的最小弯曲半径等；毛坯尺寸、形状及其下料方式的确定，材料利用率的计算；各工序成形力的确定；工序工时、能源、材料的消耗定额；依据计算并确定工艺方案的工件尺寸和形状将各工序的工件图绘出。

1.3 确定冲压件总体工艺过程

1.3.1 基本冲压工序的选择

常见的冲压工序主要包括了翻边、切边、落料、剪裁、拉深、弯曲、冲孔等，且各工序存在显著的性质、用途和特点差异性。部分零件冲压的工序性质可直观的从产品零件图上看不出，如对于各种平板件的型孔来说，实施的工序只有冲孔、剪切或落料工序，对于开口筒形件来说则要拉深工序[1]。而对于部分零件供需来说则要进行计算分析才能够确定工序性质。油封外夹圈和内夹圈冲压件具有基本相似的形状，只是在外径与直边高度上存在一定差异，经计算分析，外夹圈在加工工序上可以为，拉深、落料、冲孔和翻边；而内夹圈的工序则为落料冲孔和翻边。

1.3.2 冲压顺序和冲压次数的确定

重复同一性质工序的次数称之为冲压次数，对拉深件而言，可以依据板料许可的变形程度、形状和尺寸进行拉深次数的计算。对于翻边件、弯曲件来说，同样是依据极限变形程度及其具体形状、尺寸来进行冲压次数计算的。为了将工序数量减少，同时将材料的塑性发挥，应该依据工序的质量要求和变形特点合理安排冲压顺序。

1.3.3 工序的组合方式

基于一个冲压件的完成在工序上常常有多道，故而在进行工艺方案编制的时候，必须对工序慎重考虑，或多个工序组合或单个工序，或连续模生产，或复合膜生产等。通常冲压件的精度要求、尺寸大小和生产批量是模具选择的关键性因素，对于大批量的生产来说，必须尽可能的组合冲压工序，并将连续模冲压或复合模选择，对于批量较小的生产来说，则应尽可能的选择单工序简单模[2]。然而，在冲压件尺寸过小的情况下出于对单工序模上料生产率低和不方便的考虑，则应将复合模或连续模生产选择。假如选择的是自动送料，则应选择连续模冲压。为了将多次冲压的定位误差避免，常常将复合模生产选用。在几个简单模制造费用高出复合膜，并且在生产批量小的情况下，则应对工序组合进行考虑，并将复合模生产选用。可选连续模或复合模作为工序的组合方式。

1.4 模具设计遵循的原则

1.4.1 确定模具结构形式和类型

以确定的冲压件的生产批量、精度要求、形状特点、模具维修和制造条件等工艺方案为依据，在保证操作安全性和方便性的基础上，将选择简单模、连续模或复合模确定，同时还要保证使用的模具在寿命要求、强度、刚度、结构形式与类型上相互协调一致。强度问题是复合模常常遇到的，具体表现为一副复合模上集中出现了翻边、冲孔及落料的现象，与此同时复合模的凸凹模壁厚薄与翻边高度小的情况下就不能满足强度要求。

1.4.2 选择可靠的工件定位方式

在定位基准选择时必须与设计基准尽可能重合，假如不重合，就要以尺寸链计算理论为依据进行公差的重新分配，将设计尺寸转换为成工艺尺寸。但是该做法具有较高的零件加工精度要求。当零件制作选择的是不同模具上多工序冲压时，必须保证工序基准的统一。要想可靠定位，就应该将高精度选择，以冲压时不发生移动和变形的表面为定位表面。并且冲压件上的定位表面随零件形状的不同变化，相距较远的外形定位、一个孔和两孔定位适合于平板零件，孔或形体定位适用于弯曲件，凸缘定位适用于拉深件。

1.4.3 模具零件设计制作的标准与规范

在进行模具工作零件计算、设计、定位、选用、卸料、压料、连接和紧固的时候，都要严格遵循相关的标准和规范，在没有标准可以选用的情况下方可进行设计。与此同时还要计算和选用橡皮和弹簧。在壁厚为较薄凹模、冲头小而长的情况下，则应强度校核，在将凹模的结构尺寸设计计算确定的情况下，可以以凹模周界选用模架为依据，保证模具的压力中心、轮廓大小、闭合高度与设备的选择相适应，并将模具结构草图画出。

1.4.4 模具总装配图的绘制

以模具结构草图为依据，将正式装配图绘制，保证装配图能够将各零件之间的相互关系清楚地表达，并且还要具备能够说明模具结构的剖视图、剖面图与投影图，同时还要将工件图，排样画出，并将技术要求和零件明细表等填写。

1.4.5 模具零件图的绘制

以模具的总装配图为依据，对模具零件图进行拆绘，并将技术要求、热处理、材料、表面粗糙度、公差及全部尺寸标注于零件图上。

2、汽车冲压件成形的特点

2.1 冲压具有较好的工艺性

冲压件在成形的时候大多是采用的冷冲压，这种冲压的方法非常的普遍，并且具有很多的优点，例如说在良好的冲压下，经过精密的加工可以得到许多用其他方法没有办法得到的零件，它们大多形状非常的复杂，或者说很小巧精致，这些都是其他制作方法无法很好的做到的。

2.2 冲压件的成件效率比较高

在对金属材料进行冲压制作汽车冲压件时，材料大多是整块的金属材料，只要我们进行好规划，利用压力机进行冲压的时候可以合理的利用几乎所有的金属材料，可以避免人为操作的时候因为裁割的大小不符合要求需要进行再次切割而导致的材料浪费[3]。这样就大大的节约了材料的使用，降低了成本和浪费，提高了材料的利用率。并且汽车冲压件的生产效率大大提高，机械化的生产不仅安全经济，而且质量较高。

2.3 保证了汽车的质量

利用冲压制作的零件和汽车部件一般质量都比较高，因为它是采用机器进行的加工，所以它在大小尺寸上精确度很高，并且不会出现第一个冲压得到的部件质量高，形状好且尺寸精确，但是下一个冲压得到的部件却缺胳膊少腿，尺寸和要求的不符合的现象，质量比较稳定，一致性较高。汽车的冲压件多是对金属材料进行塑性变形，把普通的金属材料通过冲压制作成汽车的零件，保证了汽车的零件都是金属材质，汽车的质量也得到了保证。

3、冲压件成形的缺陷分析

按照工艺进行分类，冲压可以分成两类，分别是分离工序和成形工序，。其中分离工序还可以叫做冲裁，这个工序的主要作用是按照一定轮廓线从板料上分离出汽车配件冲压件，这个过程必须要保证分离断面的质量。成形工序的主要作用是在不破坏板料的条件下使塑性变形，最终制作成规定形状和尺寸的工件。通常一个工件中综合了多种工序，其中最主要的几种冲压工艺分别为冲裁、剪切、弯曲、拉伸、旋压、胀形、矫正。

表面质量对于汽车覆盖件来说非常重要，不但要考虑车身冲压件的一般工艺特点，还要注意表面不允许有波纹、皱纹、凹痕、擦伤、压痕等缺陷，棱线应清晰、平直、曲线应圆滑、过渡均匀[4]。另外，汽车覆盖件还需具有很高的尺寸精度，以保证焊接和组装的准确性要求。实际在试模或者生产过程当中经常会遇到多种缺陷。下面我们主要分析以下几种缺陷：

3.1 切割材料上出现毛刺

在将冲压件材料从板料里切割下来时，在材料的边缘经常会出现许多的刺状物，它们有的很薄有的较厚，但都会比较高，比较明显，这就是在材料切割中经常出现在切割后的材料切割边缘的毛刺。毛刺的产生有两种情况，一种是因为进行切割的机器的凹凸模之间的间隙过大，导致切割处不在同一线上而出现了高且厚的毛刺；另一种状况是凹凸模之间虽然是有间隙的，但是并不大或者是因为长期的使用而使刀刃磨损，这样会出现高但是薄的毛刺。因此我们要调整好凹凸模的间隙，定期对刀刃进行检查，磨损了的刀刃要进行研磨。

3.2 拉伸时出现起皱现象

汽车的冲压件材料厚度不一，当需要薄的冲压件时就需要我们对它进行拉伸，拉伸有时候会出现起皱的现象，例如边缘会呈现波浪形状，高低不平，严重影响了后期的拼接工作。当然也有一种起皱就是在拉伸一些类球形状的冲压件时在侧壁会出现凹凸不平的起皱，这些起皱不仅仅破坏了美观，还会导致汽车冲压件在后期进行汽车组装时和别的器件不匹配的现象出现。从根本上来说，之所以会出现起皱的现象是因为在拉伸的时候材料受力不均衡导致的，例如在拉伸平板时压力不均会导致材料中间和边缘受到的力不平衡，例如在拉伸球状的材料时，若是球外力和球内力无法达到一个平衡点，会导致球内材料挤压后出现凸起的褶皱。对于这些需要我们注意拉伸的程度，必要时利用辅助工具防止材料拱起，或者加厚材料。在设计拉伸件时，形状变化急剧的部分如有多余的金属，材料易流动，可能会产生起皱，需考虑在这部分的工艺补充上增加凸筋，使多余的金属在拉伸过程中流到凸筋中，充分吸收多余的材料，防止起皱。另外，减小拉伸变形程度、加大毛坯厚度也可以降低起皱倾向[5]。

3.3 拉伸时出现破裂现象

拉伸除了会产生起皱以外，若是拉力过大，超过了材料实际具有的抗拉强度，也就是说超过了材料的承受能力就会导致材料破裂，大大浪费了材料，同时也浪费了很多人力物力，因此我们应该注意防范。在拉伸的时候往往不是薄的地方容易出现破裂，而是变形最大的地方容易产生破裂，这说明在需要进行大幅度的拉伸的地方，我们可以进行提前措施和拉伸后的修补，例如可以在拉伸的地方打上工艺孔或者进行工艺切口，帮助在进行弯曲较大的拉伸的地方减轻拉伸所需要的拉力，避免拉力过大。

3.4 拉延成形时反弹

在进行拉延成形的时候经常会进行弯曲拉延成形，但是因为力的作用，在我们进行拉延后冲压件还很可能出现反弹的现象，导致最终得到的冲压件和我们想要的冲压件的实际尺寸出现较大的偏差，严重影响了冲压件的质量问题，导致得到的冲压件不能正常使用。拉延成形过程中出现的反弹现象如今可以用回弹加工型面的补偿技术来进行解决，但是这并不能完全解决问题，还需要我们进行进一步的研究，提出更好的解决办法，避免材料的损失和工作效率的降低。

结语

随着我国制造工艺技术的迅速发展，汽车制造技术也不断提升，汽车质量较之前有了很大的提升。汽车制造过程中非常关键的工序就是汽车冲压，因为汽车冲压件在汽车配件中占据了非常重要的位置，几乎整个汽车结构中都有汽车冲压件，而且汽车冲压件对提高汽车性能也有非常关键的作用。汽车车身外部和内部都有冲压件，虽然冲压件有很多优势，但同时也存在很多不足之，需要我们对制作过程中的缺陷进行分析，以给汽车冲压制造过程提供参考，从而更好的提升汽车的整体性能。

参考文献

[1] 汤伟平.汽车冲压件制造工艺分析[J].科技创新与应用，2016，（35）：113.

[2] 姚洪华.我国汽车冲压件的技术现状与发展趋势研究[J].上海汽车，2010，（02）：26-30.

[3] 柯桂颜，路平，石婧，辛秀敏.拉延筋、压边力对冲压件成形性能的影响研究[J].锻压技术，2016，（05）：39-43.

[4] 王同领，黄毅钢，段洪涛.冲压件成形性分析研究[J].汽车工程师，2012，（04）：59-62.

[5] 唐东胜，程国中，林华胜.汽车零件成形工艺设计缺陷与改进[J].模具工业，2011，（02）：23-26.