汽車沖壓件的工藝設計及典型結構應用

汽車沖壓件按形狀可分為小型件、中型件和大型覆蓋件三類；按材料厚度又可分為薄板類沖壓件和中厚板類沖壓件。汽車沖壓件的工藝設計就是研究用什么樣的沖壓加工方法和工藝順序來具體實現各類沖壓件的技術要求，并能符合生產條件要求，研究用什么方法來穩定和保證產品質量，以及沖壓生產的安全性和經濟性。因此，汽車沖壓件的工藝設計是汽車沖壓生產的一個重要階段。工藝設計質量的好壞和成功與否，對后期產品質量的好壞和產品質量的穩定性以及汽車成本有著很大的影響。因此，在工藝設計階段確定對沖壓工藝設計的相關影響因素，并找出所設計沖壓件的沖壓成形的重點和難點加以重點分析和研究非常重要。

沖壓工藝設計階段應考慮的相關因素很多，一般包含以下幾方面：沖壓件的工藝性、沖壓生產條件、沖壓產品精度要求、沖壓材料要求、沖壓件的質量控制手段、設備的要求和環境的要求、與相關零件的焊接、裝配面的要求及孔的精度要求等。

汽車沖壓件的工藝性

對汽車沖壓產品進行工藝設計，首先要根據產品圖樣對沖壓件進行工藝性分析，其中主要是分析在不影響產品性能和使用的前提下，所沖壓的產品對沖壓工藝的適應性。一般情況下，對沖壓工藝性影響最大的是零件的幾何形狀和精度要求。良好的沖壓工藝性能省料、省工序，模具易加工且壽命高，操作安全方便，產品質量穩定，經濟效益好等。

一般汽車沖壓件主要以沖裁件、彎曲件和拉延成形件為主，掌握這三種類型件的基本工藝性要求，以便在工藝設計之初就提出對產品設計的改進是非常有效可行的。

1.沖裁件

1）形狀應盡量能使材料合理排樣，減少廢料。2）直線或曲線連接處應有適當圓角，以利于模具的制造、維修和使用。3）避免過長的狹長外形。4）孔徑及孔距應符合最小尺寸要求。

2.彎曲件

1）彎曲件的圓角半徑不能小于最小彎曲半徑，以免產生裂紋，但也不能過大，否則會造成零件回彈。2）彎曲時應防止孔的變形，孔邊與彎曲處應有合理的距離，以避免孔的變形。3）彎邊長度不易過小。4）壓彎件應盡量考慮工藝孔定位和成雙壓彎，以改變受力情況。

3.拉延成形件

1）拉延件凸緣與側壁的圓角半徑R及底部與側壁的圓角半徑R應盡量放大，圓角半徑大，能夠使零件容易拉延成形。

2）拉延件應盡量對稱或采取左右對稱的拉延件。以便成雙拉延，然后切開為兩件。

汽車沖壓件的工藝分析及典型結構應用

1.沖壓方向的選擇

確定沖壓方向是沖壓工藝設計的一個基本要求，沖壓方向選擇的正確與否，直接影響沖壓產品的質量和模具使用性能，它是沖模設計和制造的依據。沖壓方向選擇合理，會減輕壓彎件的回彈，降低拉延件的成形深度，改變成形件的變形性質等。因此，沖壓方向的選擇應在工藝分析的基礎上進行，沖壓方向選擇不合理，會帶來不好的影響。

一種前支架的第一道成形工序，因考慮到板料經壓料板與凹模壓料從凹?？诶M凹模時容易在制件外表面產生拉痕，原沖壓方向如圖1a所示，此沖壓方向模具如圖1b所示。但該種結構由于成形過程中板料無壓料圈壓料，材料未充分拉深，在凸凹模成形動作結束后，材料內部應力載荷消失，由于彈性必然引起向原來位置伸直的趨向，導致制件產生很大回彈，同時法蘭邊平整度較差。因為該產品成形圓弧處需要與管制件匹配焊接，回彈較大將影響后序焊接，同時底面不平將使后序沖孔尺寸無法保證。

為了減小回彈，保證制件成形后的平面度，現改變沖壓方向（見圖2），采用壓料圈壓料結構設計工藝。這樣，在成形過程中托桿通過壓料圈對板料施加足夠的壓力，板料在被壓料圈與凹模夾緊的狀態下沿凹模口拉進凹模，板料截面內應力主要為拉應力，材料延展較充分。成形結束后，應力卸載時回彈方向較一致，使制件形狀只發生很小的變化，回彈范圍和法蘭邊平面度可以滿足后序使用要求。此件為側防護內表面浸漆產品，因此制件表面輕微拉毛能被黑漆遮蓋，不影響產品使用。

2.壓料面的選擇

壓料面是毛坯在凹模圓角以外的法蘭部分，壓料圈以一定壓力將蓋面壓緊在凹模面上防止毛坯起皺，對毛坯產生一定的進料阻力。壓料面有兩種，一種是沖壓件本身的凸緣面，另一種是工藝補充面。合理地選擇壓料面，能夠降低拉延成形深度，防止皺紋和裂紋的產生，有利于拉延成形。

駕駛室左右后邊梁沖壓件（為左右對稱件）如圖3所示。為改善拉延條件，創造好的沖壓工藝性，工藝設計時確定為成雙拉延。圖中A、B兩處是兩個向上的凸起，C面是與其他件的焊接裝配面。為了A、B兩處凸起能在拉延時一起成形，同時為了提高覆蓋件的外觀質量，減少拉痕，壓料面選在圖示D面上，同時增加工藝補充，將工藝補充做為壓料面，也增加了拉延深度，這種壓料面的分界和選擇，在拉延時容易使拐角 處破裂或縮頸，拐角E處下面的C面起皺并疊起。對于拉延件皺與裂本身是一對矛盾，增大壓料力，C面起皺減輕，而拐角E處裂紋加劇；減小壓料力，拐角E處裂紋減輕容易縮頸，而C面皺紋加劇并疊起。為了沖壓出件只能讓C面起皺，以保證拐角E處不裂，而C面是焊接裝配面，會影響點焊的焊接質量。

通過分析可以看出，C面的板料在拐角E處成形過程中受拐角E和壓料面D的作用成斜面（見圖4），材料處于無支撐的自由表面區，由于拐角E成形和C面板料懸空無支撐，處于失穩狀態，成形過程中，C面板料徑向受拉應力，切向受壓應力形成皺。隨著成形的深入，皺紋加劇并疊起，為減輕皺紋，當增加壓料力時，進料阻力加大，起皺減輕，但拐角E處成形時材料得不到充分補充。超過成形極限，E處破裂加劇。由于壓料面的選擇不當，造成難以處理的沖壓缺陷。如果壓料面選在C面上，拐角E成形時，C面板料處于壓料狀態，皺和裂的問題都能得到解決。這時A和B兩處向上的凸起，可以在壓料圈上開躲壁，下面是凸模，拉延到底時在該處局部成形，與其他部分形狀同時成形（見圖5）。

另外，這種壓料面是屬于制件本身的凸緣面。因此，在C面上會留下拉痕。但該件C面焊接后在里側，不會影響外觀。因此，壓料面的分界和選擇要在分析制件使用性能和成形特點的情況下，弄清哪些是外露面，哪些是焊接裝配面，何處是成形難點，以便于正確選擇和有利于拉延成形。

另外，對于需要壓料面的拉深零件，一種壓料面的一部分就是拉深件的法蘭面，而另一種情況是壓料面全部屬于工藝補充部分。這種情況下，主要以保證良好的拉深成形條件為主要目的進行壓料面的設計，但這部分材料在拉深工序后將在修邊工序被切除，所以，對于這類零件要盡量減少壓料面的消耗定額。

3.工藝孔和工藝定位包的利用

當拉深件的形狀曲面較平滑時，輪廓形狀在修邊工序中不能用于定位。這時可以在拉深件的工藝補充部分增設工藝定位包或在接近拉深成形結束時沖制定位孔。底盤產品橫梁一序拉延如圖6所示，產品成形面平緩。二序修邊如果以型面定位將導致定位不可靠，使生產者操作困難，同時容易產生修邊缺肉等不合格情況?？紤]產品及操作需要，在一序拉延件上后序可以修除的工藝補充部分預設工藝定位包，后序修邊工序以工藝包為定位基準，則可以很好地解決定位不穩和可能產生不合格產品的問題。

對于復雜曲面拉深件某些凹形或反成形部分，當局部變形程度大，外部材料難以補充時，可在局部突起變形區內工藝補充部分的適當位置或在拉應力最大的拐角處沖出孔或切口，這種孔及切口即為工藝孔或工藝切口。

產品下支座如圖7所示，其成形深度為 6 4 . 5 m m ，在一序切角后需兩次拉延成形，一次拉延高度為 在拉深過程中，零件內孔已被內工藝補充材料封閉，形成拉深件內部反成形形狀。這部分形狀的成形不能靠外部材料進行補充，只能靠該部位毛壞的脹形（即厚度變?。﹣韺崿F面積的增大。從而使這部分材料在沖壓成形過程中很容易出現破裂，且裂紋容易擴展到修邊線以外（即沖壓件上），甚至整個破裂都發生在沖壓件上。同時在拉延成形中，毛坯在凸模圓角處一直承受著材料延展的拉應力，并且還受到凸模圓角的壓應力，使這部分材料變薄最為嚴重，危險斷面就在凸模圓角附近處（見圖8）。在一次拉延模調試過程中，該產品拉延工序件經常出現圓角處破裂現象。

為解決成形中外部材料無法進行補充帶來的問題，可以采取在拉深毛壞上的適當位置預沖出工藝孔，或拉深過程中在局部變形區的適當位置沖切工藝切口的方法。工藝孔大小應合適，孔太大，成形時頂部拉應力變小，容易造成翻孔現象；孔太小，頂部拉應力不能充分緩解，材料不能充分流入補充，則會造成頂部孔周邊開口或圓角處縮頸。因此對該產品經分析后決定在一序切角工序中預沖出1一 ? 1 0 m m 工藝孔（見圖9）。這樣，可以使成形區內部材料向外補充，因而減少危險區的拉應力，使容易破裂區域的變形情況得到改善，同時可以從相鄰區域里得到材料補充，避免破裂的發生。實踐證實，該工藝方法效果較理想，有效解決了該產品拉延工序局部材料易破裂的問題。

另外，對于一些拉深深度較深或脹形變形較大、容易產生破裂的部位，若正好存在內工藝補充部位，則應在拉深工序中考慮增加工藝孔或工藝切口來改變毛壞的變形程度，消除破裂因素。

左右框架加強板局部成形的工藝補充

在拉深復雜曲面拉深件時，當其拉深件帶有很深的凹坑或有較大的凸起及鼓包時，在拉深成形時，往往由于不能從壞料的外部得到材料的補充而造成零件的局部破裂。這時，為了避免這種現象，可考慮在成形工序前的預成形過程中，預留出部分工藝補充材料，使容易破裂的區域從工藝儲備材料中得到材料的補充。

該產品局部存在較深的成形凹坑，如圖10所示，該位置在成形過程中，材料流入量不足以形成零件的既定形狀，零件的成形主要依靠材料的局部變薄而成形。在成形時凹坑頂部圓角變形區材料同時承受雙向拉應力，徑向產生伸長變形，導致厚度減薄，超過材料變形承擔時，導致凹坑頂部破裂（見圖11）。

在不能靠外部材料的流入來補充的情況下，為減少頂部變形區拉應力，在第一道工序預拉深時在后序凹坑位置處，預成形出一個中心凸起的工藝材料補充鼓包（見圖12），使材料充分儲備。該工藝補充在二次成形時使用，可以解決外部材料流入量不足而產生制件開裂的問題。在預留工藝材料補充時，如果該工藝補充在第一次凸起預成形中，凸模圓角半徑過小，儲備的材料不足，使該工藝補充在最終成形工序中過早參與了變形，導致頂部材料減薄，也會造成凹坑處破裂。因此，第一道工序預拉深儲備的凸起要預估第二道成形工序的成形形狀，并使這兩者的表面積大體相等。

結語

綜上所述，汽車零件的沖壓工藝設計必須認真分析所設計沖壓件的使用性能和精度要求，結合現有生產條件，針對某一部分的重點和難點，加以認真分析和研究。對難度較大或復雜的零件，可以采取理論分析和經驗積累并舉進行或參考類似零件的數據進行工藝設計以及計算機輔助設計。因此，工藝設計的方案性評審顯得尤為重要，通過評審可將問題解決在工藝設計之中，為以后沖模設計制造和沖壓生產打下堅實的基礎。

參考文獻：

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