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工业技术
汽车冲压件制造工艺
王宝林, 吕兴宇, 刘宝振
（华晨汽车集团控股有限公司, 沈阳 110043）
摘 要：本文概述了冲压工艺的特点，冲压工序的具体分类，冲压性能的影响因素包含范围，以及冲压工艺技术在汽车制造中所起到的作用。关键词：冲压工艺；冲压性能；冲压工序DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.033
1 冷冲压工艺的特征及工序的划分
冷冲压工艺的特征。冷冲压是从金属塑性变形的基础上，演变而成的一种加工工艺方式，此种加工工艺是通过压机设备与模具共同对钢板施加一定的作用力，迫使钢板发生塑性变形或者分离的现象，从而获得所需的形状、尺寸要求和稳定的性能的一种成型工艺方法。此种加工方法与其他金属加工工艺方法相比较具有以下优点：
（1）生产节拍明显提高，材料利用率大大提升，并且适用于大批量的生产，其中合理充分的运用好无搭边冲裁及套裁的工艺方式，完全可以实现少废料，甚至达到无废料的生产也不无可能，即使在某种特定的情况下，产生较大的边角余料致使材料利用率的降低，也可以通过收集尺寸较大的边角余料，统一利用于一些相对较小的制件生产当中，以达到节约成本的，降低损耗的最终目的。
（2）操作方法简单，操作者只需通过简单的岗前培训及安全操作指导即可上岗操作；
（3）通过冲压工艺生产出的产品，通常不再需要进行二次加工，就完全可以满足较高的尺寸精度要求；
（4）通过冲压工艺生产出的制件产品，在装配需求上通常都可以满足很高的互换性要求；
（5）冲压件用钢板作为原材料，其首先满足了原材料表面质量好的先决条件，为后序的表面处理加工工艺提供了良好的辅助条件； （6）通过冲压工艺生产出来的零件可以轻易的满足高强度，高刚度，低重量等的严格要求；；
（7）满足了批量生产的需求，至生产制造的所需成本得到了大大的降低；
（8）冲压工艺是一门能够通过简单的操作，很容易得到其他金属加工工艺很难实现的复杂形状的零件生产需求的加工工艺方法。
2 冲压工序的划分
2.1 按加工性质可分为两大类
（1）将所需零件与无用废料按一定的外廓线所分离开的加工工艺称为分离工艺，其可大致分为冲孔、落料、切口、修边、剖切和切削等；（2）所需产品在加工过程中，不产生缩颈、隐裂、开裂、褶皱或叠料等缺陷的缺陷的塑性变形工艺，我们将此工艺，称之为成型工艺，其则可大致分为翻孔、弯曲、翻边、胀形、缩口、扩口、旋压和拉深等。
2.2 按材料的变形性质亦可分为两种类型
（1）伸长变形：当作用在板料变形区的拉应变的绝对值最大时，板料的成形主要靠材料的伸长变形和厚度减薄实现。其阻碍是材料失稳破裂；（2）压缩变形：当作用在板料变形区的压应变的绝对值最大时，板料的成形主要靠材料的压缩变形和厚度增厚实现。其阻碍是材料失稳起皱。
3 金属塑性变形的力学规律
（1）塑性应力应变关系。当凸模与板料发生接触的瞬间，板料同时受到凸模、凹模所施加的力的作用，但同时由于力矩M 的存在，致使板料产生弯曲变形，而产生弹性变形，随着凸模不断下压，刃口压入材料，内应力状态符合塑性条件时，板料发生塑性变形，随
着塑性变形逐渐增大，最终板料将以断裂形态而告终；
（2）冲压成形对钢板的性能要求。钢板对冲压成形工艺的适应力，主要体现在抗破裂性、贴合性、成形性等。
（3）冷冲压所用材料的选取。冲压件通常包含以下两类：1、形状复杂但所需成型力较小，此时钢板只要求具备良好的冲压性能和表面质量即可，此类冲压件多采用冷轧深冲低碳薄钢板为原材料；2、不但形状比较复杂，所需成型力也较大，此时对钢板的要求不但要有良好的冲压性能，同时还应具有一定的强度，此类冲压件则多选用冲压性能好的热轧低合金（或碳素）厚钢板为原材料。
1）材料性能对冲压工艺的影响。弯曲成形工艺所应用的材料，首先应具备足够的塑性，其次要有较低的屈服强度和较高的弹性模量。含碳量小于0.2%的低碳钢塑性好；弹簧钢弯曲时必须有较大的弯曲半径，脆性很大的材料则可采用加热弯曲的工艺来达到最终目的；拉深成形所应用的材料，首先要有高的塑性、其次应具备低的屈服点和大的厚向异性系数。多选用含碳量小于0.15%的低碳钢、奥氏体不锈钢等具有极佳拉深性能的原材料。 2）冲压性能对材料质量的要求。力学性能对冲压性能的影响。a 屈服极限（σS）越小，则变形抗力随之越小，相同变形所需的变形力就越小，压缩过程则不易起皱、弯曲变形时的回弹量也较小，故贴模性和定形性均较理想。b屈服比（σS/σb）小，易产生塑性变形并且不容易发生破裂现象，当变形抗力较小而强度较高时，则变形区的材料容易产生变形而不容易发生起皱现象、传力区的材料有较高的强度则不易拉裂。c延伸率（δ）（系指断裂时的延伸率）当试样开始产生局部集中变形（颈缩）时的延伸率为均匀延伸率（ δu），板料的成形都是在均匀变形范围内进行的，即板料的拉应力大于或等于屈服极限而小于或等于强度极限，因此， δu越高，则成形性能越好。d应变刚指数, 金属材料在常温下发生塑性变形，此过程中会出现硬化效应，使材料的强度指标增加，塑性指标下降。在伸长类变形中， n值大的材料，由于硬化严重，变形抗力增大，从而使变形趋于均匀，变薄减小，厚度变化均匀表面质量好，极限变形程度增大，零件不易产生裂纹。材料的硬化对冲压性能也有不利影响，硬化的结果使需要的变形力增大，还限制毛坯的进一步变形。如：孔边缘硬化后，翻边时引起开裂。e厚向异性系数（γ），由于钢板轧制和结晶时会出现纤维组织等因素，则钢板的塑性力会因方向不同而出现明显差异。单向拉深试样宽度应变和厚度应变的比值，则称为厚向异性系数，其比值越大板材抵抗变薄的能力则越强， γ＞1时，板料宽度方向比厚度方向容易产生变形，在拉深变形中，加大γ值，毛坯切向易于收缩而不起皱，板料受拉时，厚度不易变薄，从而也不易产生拉裂现象。f 板平面各向异性系数（△γ），轧制后的板材，在板材平面也出现各向异性沿平面不同方向，则机械物理性能也均不相同，尤其在轧制45°方向，与轧制方向形成明显差异，如：拉伸零件开口部位不齐，出现高突不平，方向性愈明显，则起伏的高度愈大。由于板平面各向异性系数会增加材料消耗，影响零件质量，在生产过程中则应尽量降低△γ值的数值。作者简介:王宝林（1968-），男，辽宁瓦房店人，研究方向：机械制造与自动化。
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工业技术
汽车冲压件制造工艺
王宝林, 吕兴宇, 刘宝振
（华晨汽车集团控股有限公司, 沈阳 110043）
摘 要：本文概述了冲压工艺的特点，冲压工序的具体分类，冲压性能的影响因素包含范围，以及冲压工艺技术在汽车制造中所起到的作用。关键词：冲压工艺；冲压性能；冲压工序DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.033
1 冷冲压工艺的特征及工序的划分
冷冲压工艺的特征。冷冲压是从金属塑性变形的基础上，演变而成的一种加工工艺方式，此种加工工艺是通过压机设备与模具共同对钢板施加一定的作用力，迫使钢板发生塑性变形或者分离的现象，从而获得所需的形状、尺寸要求和稳定的性能的一种成型工艺方法。此种加工方法与其他金属加工工艺方法相比较具有以下优点：
（1）生产节拍明显提高，材料利用率大大提升，并且适用于大批量的生产，其中合理充分的运用好无搭边冲裁及套裁的工艺方式，完全可以实现少废料，甚至达到无废料的生产也不无可能，即使在某种特定的情况下，产生较大的边角余料致使材料利用率的降低，也可以通过收集尺寸较大的边角余料，统一利用于一些相对较小的制件生产当中，以达到节约成本的，降低损耗的最终目的。
（2）操作方法简单，操作者只需通过简单的岗前培训及安全操作指导即可上岗操作；
（3）通过冲压工艺生产出的产品，通常不再需要进行二次加工，就完全可以满足较高的尺寸精度要求；
（4）通过冲压工艺生产出的制件产品，在装配需求上通常都可以满足很高的互换性要求；
（5）冲压件用钢板作为原材料，其首先满足了原材料表面质量好的先决条件，为后序的表面处理加工工艺提供了良好的辅助条件； （6）通过冲压工艺生产出来的零件可以轻易的满足高强度，高刚度，低重量等的严格要求；；
（7）满足了批量生产的需求，至生产制造的所需成本得到了大大的降低；
（8）冲压工艺是一门能够通过简单的操作，很容易得到其他金属加工工艺很难实现的复杂形状的零件生产需求的加工工艺方法。
2 冲压工序的划分
2.1 按加工性质可分为两大类
（1）将所需零件与无用废料按一定的外廓线所分离开的加工工艺称为分离工艺，其可大致分为冲孔、落料、切口、修边、剖切和切削等；（2）所需产品在加工过程中，不产生缩颈、隐裂、开裂、褶皱或叠料等缺陷的缺陷的塑性变形工艺，我们将此工艺，称之为成型工艺，其则可大致分为翻孔、弯曲、翻边、胀形、缩口、扩口、旋压和拉深等。
2.2 按材料的变形性质亦可分为两种类型
（1）伸长变形：当作用在板料变形区的拉应变的绝对值最大时，板料的成形主要靠材料的伸长变形和厚度减薄实现。其阻碍是材料失稳破裂；（2）压缩变形：当作用在板料变形区的压应变的绝对值最大时，板料的成形主要靠材料的压缩变形和厚度增厚实现。其阻碍是材料失稳起皱。
3 金属塑性变形的力学规律
（1）塑性应力应变关系。当凸模与板料发生接触的瞬间，板料同时受到凸模、凹模所施加的力的作用，但同时由于力矩M 的存在，致使板料产生弯曲变形，而产生弹性变形，随着凸模不断下压，刃口压入材料，内应力状态符合塑性条件时，板料发生塑性变形，随
着塑性变形逐渐增大，最终板料将以断裂形态而告终；
（2）冲压成形对钢板的性能要求。钢板对冲压成形工艺的适应力，主要体现在抗破裂性、贴合性、成形性等。
（3）冷冲压所用材料的选取。冲压件通常包含以下两类：1、形状复杂但所需成型力较小，此时钢板只要求具备良好的冲压性能和表面质量即可，此类冲压件多采用冷轧深冲低碳薄钢板为原材料；2、不但形状比较复杂，所需成型力也较大，此时对钢板的要求不但要有良好的冲压性能，同时还应具有一定的强度，此类冲压件则多选用冲压性能好的热轧低合金（或碳素）厚钢板为原材料。
1）材料性能对冲压工艺的影响。弯曲成形工艺所应用的材料，首先应具备足够的塑性，其次要有较低的屈服强度和较高的弹性模量。含碳量小于0.2%的低碳钢塑性好；弹簧钢弯曲时必须有较大的弯曲半径，脆性很大的材料则可采用加热弯曲的工艺来达到最终目的；拉深成形所应用的材料，首先要有高的塑性、其次应具备低的屈服点和大的厚向异性系数。多选用含碳量小于0.15%的低碳钢、奥氏体不锈钢等具有极佳拉深性能的原材料。 2）冲压性能对材料质量的要求。力学性能对冲压性能的影响。a 屈服极限（σS）越小，则变形抗力随之越小，相同变形所需的变形力就越小，压缩过程则不易起皱、弯曲变形时的回弹量也较小，故贴模性和定形性均较理想。b屈服比（σS/σb）小，易产生塑性变形并且不容易发生破裂现象，当变形抗力较小而强度较高时，则变形区的材料容易产生变形而不容易发生起皱现象、传力区的材料有较高的强度则不易拉裂。c延伸率（δ）（系指断裂时的延伸率）当试样开始产生局部集中变形（颈缩）时的延伸率为均匀延伸率（ δu），板料的成形都是在均匀变形范围内进行的，即板料的拉应力大于或等于屈服极限而小于或等于强度极限，因此， δu越高，则成形性能越好。d应变刚指数, 金属材料在常温下发生塑性变形，此过程中会出现硬化效应，使材料的强度指标增加，塑性指标下降。在伸长类变形中， n值大的材料，由于硬化严重，变形抗力增大，从而使变形趋于均匀，变薄减小，厚度变化均匀表面质量好，极限变形程度增大，零件不易产生裂纹。材料的硬化对冲压性能也有不利影响，硬化的结果使需要的变形力增大，还限制毛坯的进一步变形。如：孔边缘硬化后，翻边时引起开裂。e厚向异性系数（γ），由于钢板轧制和结晶时会出现纤维组织等因素，则钢板的塑性力会因方向不同而出现明显差异。单向拉深试样宽度应变和厚度应变的比值，则称为厚向异性系数，其比值越大板材抵抗变薄的能力则越强， γ＞1时，板料宽度方向比厚度方向容易产生变形，在拉深变形中，加大γ值，毛坯切向易于收缩而不起皱，板料受拉时，厚度不易变薄，从而也不易产生拉裂现象。f 板平面各向异性系数（△γ），轧制后的板材，在板材平面也出现各向异性沿平面不同方向，则机械物理性能也均不相同，尤其在轧制45°方向，与轧制方向形成明显差异，如：拉伸零件开口部位不齐，出现高突不平，方向性愈明显，则起伏的高度愈大。由于板平面各向异性系数会增加材料消耗，影响零件质量，在生产过程中则应尽量降低△γ值的数值。作者简介:王宝林（1968-），男，辽宁瓦房店人，研究方向：机械制造与自动化。