(完整版)汽车车身制造工艺学
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第一章冲压工艺概论冲压、焊装、涂装三大工艺。
冲压三要素:板料、模具、冲压设备。
冲压工序分类:1分离工序2成形工序。
四个基本工序:冲载弯曲、拉伸、局部成形。
影响板料冲压性能的质量指标主要是材料的力学性能,此外还有化学成分、金相组织和板料的表面质量和尺寸精度。
常用的模拟试验方法:(①胀行②扩孔③拉深④弯曲⑤拉深-胀行复合)成形性能试验(冷弯杯突)第二章冲裁工艺冲裁:利用冲裁模在压力机上使板料一部分与另一部分分离的冲压分离工序.它包括冲孔、落料、修边、切口等多种冲压分离工序。
冲裁间隙:间隙是指凸,凹模刃口工作部分尺寸之差。
冲裁间隙的影响:1.对冲裁件质量2. 对冲裁件尺寸精度3.对冲模寿命影响4.对冲裁时各种力的影响降低冲裁力的措施:(①加热②斜刃③阶梯)冲裁。
冲压力合力的作用点称为模具的压力中心(可用解析法作图法)。
冲模:简单模:在一次工作行程中指完成一种工序(冲孔或落料)。
连续模:又称级进模,在不同恭维上连续冲出一个或多个连续制件,生产效率高。
复合膜:几个工序能在一个工位上完成的冲压模具。
第三章弯曲工艺弯曲:将板料、毛柸、棒料、管材和型材弯成具有一定曲率,一定角度和形状的冲压成形工序称之为弯曲。
弯曲变形的特点:1,弯曲圆角部分是弯曲变形的主要区域。
2,弯曲变形区内的中性层,当弯曲变形程度很小时,应变中性层的位置基本上处于材料厚度的中心,但当弯曲变形程度较大时,可以发现应变中性层向材料内侧移动,变形量愈大,内移量愈大。
3,变形区材料厚度变薄,变形程度愈大,变薄现象愈严重。
4,变形区横断面的变形,变形区的应力和应变状态在切向和径向是完全相同的,仅在宽度方向有所不同。
应变状态:切向、厚向、宽向。
毛坯的长度等于中性层的长度弯曲件回弹现象的理论分析:在板料塑性弯曲时,总是伴随着弹性变形,所以当弯曲件从模具里取出后,中性层附近纯弹性变形以内、外侧区域总变形中弹性变形部分的恢复,使其弯曲的形状和尺寸都发生与加载时变形方向相反的变化,这种现象称之为弯曲件的回弹。
第2章车身材料2.1 冲压工艺对材料的要求汽车车身材料除了要保证足够的强度和刚性以满足车身的使用性能外,还要求满足冲压、焊装和涂装三大工艺的要求,但重点要满足冲压工艺的要求,因为冲压工艺对材料的要求较全面且较高。
焊装工艺要求材料为低碳钢、容易焊接,涂装工艺要求材料表面平整。
实践表明,材料质量、板料力学性能、化学成分和金相组织等均会对冲压工艺性能产生影响。
冲压性能好的板料应是便于加工、容易得到高质量的冲压件,生产效率高,一次冲压工序的极限变形程度和总极限变形程度大,模具磨损小等。
冲压件有两类:一类是形状复杂但受力不大的冲压件.如汽车驾驶室覆盖件和一些机器的外壳,要求钢板有良好的冲压性能和表面质量,多采用冷轧深冲低碳薄钢板;另一类是形状比较复杂而且受力较大的冲压件.例如汽车车架,要求钢板既有良好的冲压性能、又有一定的强度,多选用冲压性能好的热轧低合金或碳素厚钢板。
冲压用材料的质量是冲压工艺中一个非常重要的因索.它影响冲压工艺过程设计、冲压件的质量、产品的使用寿命和冲压件的成本,包括厚度尺寸公差、表面质量、深冲性能。
分析各种因素对工艺性能产生的影响可以趋利避害,由此根据零件形状复杂程度和受力大小选择适应工艺性能的钢材。
2.1.1 材料厚度公差和表面质量汽车冲压用钢板应具有以下两方面的基本质量要求。
(1) 严格的厚度尺寸公差在板料的尺寸精度指标中.对冲压性能影响最大的是板料的厚度公差。
板厚公差的大小是板料轧制精度的主要指标,一定的冲压模具凸、凹模间隙适应一定的毛坯厚度。
厚度超差则影响产品质量。
板料过薄则回弹难以控制,或出现“压不实”现象;板料过厚会拉伤制件表面,缩短模具寿命,甚至损坏模具或设备。
(2) 良好的表面质量轿车覆盖件不允许表面有影响其深冲性、涂装性和外观质量的表面缺陷,也不允许零件成形后的表面出现滑移线。
板料的表面质量也是影响冲压性的因素之一。
一般对板料的表面状况有如下要求。
①表面不应有气泡、缩孔、划痕、麻点、裂纹、结疤、分层等缺陷,特别是轿车外部覆盖件,否则在冲压过程中,缺陷部位可能因应力集中而破裂。
第8章局部成形工艺8.1 概述用各种不同变形性质的局部变形改变毛坯(或由冲裁、弯曲、拉伸等方法制成的半成品)的形状和尺寸的冲压成形工序称为局部成形。
或者说除弯曲和拉深以外的使板料产生塑性变形的其他冲压成形工序都可称为局部成形。
主要有胀形、翻边、缩口、校平、整形和旋压等工序,本章仅介绍汽车车身制造中应用广泛的胀形、翻边工序。
8.2 胀形工艺利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增大,得到所需几何形状和尺寸的制件,这种冲压成形方法称为胀形。
常用的胀形有起伏胀形、圆柱形毛坯的胀形和平板毛坯的胀形。
汽车覆盖件等形状复杂的零件成形也经常包含胀形。
胀形可采用不同的方法来实现,如刚性凸模胀形(图8 -1),Array橡皮胀形(图8—2)和液压胀形(图8—3)。
8.2.1 胀形的特点类似拉深筒底区域.胀形时变形区在板面方向呈双向拉应力状态,在板厚方向是减薄,即厚度减薄、表面积增加。
胀形主要用于加强筋、花纹图案、标记等平板毛坯的局部成形,渡纹管、高压气瓶、球形容器等空心毛坯的胀形,飞机和汽车蒙皮等薄板的拉张成形。
如图8—4所示为球形凸模剐性平板毛坯。
胀形时,毛坯披带筋的压料圈压紧,变形区限制在筋以内的毛坯,在凸模作用下,与球头面接触的板料处于两向受拉的应力状态(忽略板厚向的应力),沿切向和径向产生拉伸变形,使板料厚度减薄、表面积增大,得到与凸模球头面型一致的凸包。
由于胀形时板料处于双向拉应力状态,所以要防止板料破裂。
胀形是否超过成形极限,以制件是否发生破裂来判别,影响胀形成形极限的因素有:变形区应变分布l制件的形状和尺寸;材料的伸长率d和应变刚性指数n;润滑条件、变形速度以厦板料厚度。
8.2.2 常用胀形类型(1) 压加强筋加强筋能否一次成形,与筋的几何形状和材料性质有关。
能够一次成形加强筋的条件为:εp=(L-L0)/ L0≤(0. 70~0. 75) δ(8 -1)式中εp——断面变形程度;L0——变形区横断面的原始长度,mm;L——成形后加强筋的断面轮廓长度,mm;δ——材料的伸长率。
汽车车身制造工艺学绪论卡尔?本茨德国人 1986年第一台汽油发动机的三轮车爱德华?巴特 1912年首次制成了全金属车身文森卓?兰西亚发明了承载式车身汽车车身按承载形式分为非承载式车身和承载式车身。
1. 非承载式车身有独立的刚性车架,又称底盘大梁架。
发动机及传动系的一部分及车身总成部件用悬架装置固定在车架上,车架通过前后悬架装置与车轮连接。
载荷由车架承担,车身和车架间由压缩型或剪切型弹性元件连接。
车身比较笨重,质量大,车身高,一般用在货车客车和越野吉普车上,也在少部分高级轿车上使用。
(因为从地面和发动机传来的振动、冲击和噪声被车架质量和弹性元件减缓和吸收,具有较好的平稳性和安全性)。
2. 承载式车身没有刚性车架,只加强了车头、侧围、车尾、底版等部位,发动机、前后悬架、传动系的一部分等总成部件装配在车身上设计要求的位置,车身负载通过悬架装置传给车轮。
这种承载式车身除了其固有的承载功能外,还要直接承受各种负荷力的作用。
质量小,车身低,没有悬置装置,装配容易。
冲压件质量高,制造难度大。
车身表面处理要求高(磷化处理后与油漆结合性好)。
投资大。
一汽奥迪、上海桑塔纳汽车车身的特点1.最大的总成(设计制造量最大)2.制造成本高3.涉及学科多(材料学、造型艺术、结构设计、人机工程、冲压装焊涂饰)4.发展最晚但最快的总成无骨架形式车身有骨架形式车身无骨架车身是由薄板冲压零件和装焊的车身构件以及车身覆盖件等组成的车身壳体,之间采用焊接方式进行连接。
多用于现代轿车、部分旅行车、货车驾驶室、蓬式赛车和微型车等车型上。
冲压工艺车身大致可以分为发动机盖、车顶盖、行李箱盖、翼子板和前围板五部分。
钢板冲压成形。
曲面形状复杂,并要求有较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度,冲压生产线一般有两种类型,一种是单机连线,另一种是采用多工位压床的生产线。
单机连线将压床按工序贯穿排列,采用机械手、传动装置或者机器人完成上下料和零件的传送工作,具有独立同步式和全自动同步式。
一、车身分类按承载形式分为承载式车身与非承载式车身二、车身三大制造工艺:冲压、装焊、涂装三、冲压工序中最常用的、典型的四个基本工序:冲裁(包括冲孔、落料、修边、剖切等)、弯曲、拉深、局部成形(包括翻边、胀形、校平和整形工序等)。
五、板料对冲压成形工艺(各种冲压加工方法)的适应能力称为板料的冲压成形性能。
六、成形极限图(FLD)是用来表示金属薄板在变形过程中,在板平面内的两个主应变的联合作用下,某一区域发生减薄时可以获得的最大应变量。
(图形的大概形式要知道)。
七、成形极限图应用a 局部拉裂(减小长轴应变、增大短轴应变)b. 合理选材c. 提高成形质量(破裂、起皱)八、力学性能指标对冲压性能的影响a 屈服强度:小,易变形,贴膜性、定型性好b 屈强比:小,易变形,不易破裂c 均匀延伸率:大,冲压性能好d 硬化指数:大,冲压性能好,但也有负面影响e 厚向异性系数:大,冲压性能好f 板平面各向异性系数:小,有利于提高冲压件质量第二章冲裁工艺一、冲裁:利用冲裁模在压力机上使板料的一部分与另一部分分离的冲压分离工序。
(名词解释)二、冲裁的变形阶段:弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂阶段。
三、冲裁断面三个特征区:圆角带、光亮带、断裂带、(毛刺)。
四、冲裁间隙是指凸、凹模刃口工作部分尺寸之差,通常用Z表示双面间隙,C表示单面间隙。
(名词解释)五、P24 冲裁间隙的影响理解一下。
六、冲裁力:指在冲裁时材料对模具的最大抵抗力。
(名词解释)七、降低冲裁力的措施: a 加热冲裁; b 斜刃冲裁; c 阶梯冲裁八、冲裁力包括:卸料力、推件力、顶件力。
九、冲模的种类:工艺性质:冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等;工序组合:单工序模、连续模和复合模;材料送进方式:手动送料模、半自动送料模、自动送料模;适用范围:通用模和专用模导向方式:无导向模、导板导向模、导柱导套模;冲模材料:钢模、塑料模、低熔点合金模、锌基合金模十、冲模的闭合高度H:指行程终了时,上模上表面与下模下表面之间的距离。
冲模的闭合高度应与压力机的装模高度相适应。
(名词解释)十一、冲裁件缺陷原因与分析(简答)a 毛刺产生的原因冲裁模刃口间隙大或不均匀;刃口磨损或其他原因产生圆角;修边冲孔时,制件形状与刃口形状不服帖。
b 制件表面挠曲不平产生的原因冲裁间隙大;复杂制件周围的剪切力不均匀;材料内部应力。
c 外形尺寸超差的原因凸凹模工作部分的制造误差;制件形状与凸凹模工作部分不一致;弹性恢复引起的尺寸变化。
第三章弯曲工艺一、将板料毛坯、棒料、管材和型材弯成具有一定曲率、角度和形状的冲压成形工序称为弯曲。
(名词解释)二、P39三、影响弯曲件回弹现象的原因:(填空)a.材料机械性能:回弹量与屈服强度成正比,与弹性模量、应变硬化指数成反比b.相对弯曲半径:与回弹量成正比c.零件形状:形状复杂回弹量小d.模具间隙:与回弹量成正比e.弯曲校正力:校正力大,回弹小f.弯曲方式:自由弯曲回弹较大,校正弯曲回弹较小四、减小回弹的措施:(填空)a.选用合适材料、改进零件局部结构选用屈服强度小、弹性模量大的材料;加热弯曲;合理设置加强筋。
b.补偿法根据弯曲件回弹趋势和回弹量大小,修正模具形状尺寸,补偿回弹。
c.校正法弯曲终了时,对坯料施加一定的附加压力,迫使变形区内层纤维沿切向产生拉伸应变,卸载后纤维的缩短抵消回弹;也可将凸模制成局部突起,使压力集中于弯曲件的圆角部分,改变变形区的应力状态,减少回弹。
d.拉弯法弯曲的同时施加切向拉力,使中性层以内的压应力转化为拉应力。
卸载后内外层纤维的回弹趋势相互抵消,减少回弹。
六、防止弯裂的措施a.选用表面质量好、无缺陷材料作为弯曲件毛坯b.设计弯曲件时,使工件弯曲半径大于最小弯曲半径;必要时可两次弯曲,最后一次以校正工序达到所需弯曲半径c.尽量使弯曲线与材料的纤维方向垂直;若需双向弯曲,应使弯曲线与纤维方向成45º角d.弯曲时毛刺会引起应力集中使工件开裂,应把毛刺一边放在弯曲内侧七、弯曲偏移板料在弯曲过程中会受到凹模圆角处摩擦阻力的作用,当各边所受摩擦力不等时,毛坯有可能沿工件长度方向发生移动,使工件两直边的高度不符合要求,此现象称为偏移。
弯曲偏移产生的原因:毛坯不对称;工件结构不对称;弯曲模结构不合理;凸凹模圆角不对称;模具间隙不对称弯曲偏移的防止措施1.将弯曲件不对称形状组合成对称形状,弯曲后再切开;2.模具设计时采用压料装置;3.设计合理的定位板或定位销,保证毛坯在模具中定位可靠。
第四章拉深工艺一、拉深:是利用拉深模将已冲裁好的平面毛坯压制成各种形状的开口空心零件,或将已压制的开口空心毛坯进一步制成其他形状、尺寸的冲压成形工序,也称拉延或压延。
(名词解释)二、拉深零件可分为五个区域:(填空)圆筒底凸模圆角筒壁凹模圆角凸缘四、拉深系数:拉深后圆筒形零件直径d与拉深前毛坯直径D的比值,即m=d/D。
(名词解释)极限拉深系数:最大拉应力达到筒壁危险断面强度极限时的拉深系数称为极限拉深系数。
(名词解释)五、降低极限拉伸系数的措施:选择适合的材料a.材料:屈强比小、延伸率大、厚向异性系数大、硬化指数大,拉深系数小;b.凹模圆角半径:凹模圆角小易拉裂,圆角大易起皱;c.凸模圆角半径:凸模圆角小易拉裂,圆角大易起皱;d.材料的相对厚度t/D:相对厚度大,拉深系数小;e.凸凹模间隙:间隙大有利于材料流动,间隙小有利于提高加工精度;f.摩擦与润滑:润滑可减少拉应力,一般常用毛坯单面润滑法。
六、防止起皱的措施a.采用压料装置,将毛坯变形部分压住,通过施加压料力防止起皱。
b.采用反拉深,将已拉深的毛坯翻转装在凹模上,凸模从底部压下。
c.采用拉深筋,在径向拉应力较小的部位,即金属较容易流动的部位设置拉深筋。
d.采用软模拉深,采用橡皮、聚氨酯橡胶或液体充当模具。
e.采用锥形凹模,使毛坯过渡形状成曲面,减小拉深力。
通常为30 °七、防裂措施a.合理选材:选择屈强比小、强度极限高、厚向异性指数大的材料;b.合理确定凸凹模圆角半径:c.合理选取拉深系数;d.使用润滑:只能在凹模压料处使用润滑剂。
第五章局部成形工艺一、局部成形主要包括:胀形、翻边、缩口、校平、整形、旋压二、利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增大,获得所需几何形状和尺寸的零件的冲压成形方法称为胀形(名词解释)三、利用模具把板料上的孔缘或外缘翻成竖边(侧壁)的冲压方法称为翻边(名词解释)四、翻边包括:圆孔翻边、外缘翻边(内凹外缘翻边、外凸外缘翻边)。
五、利用模具使工件局部或整体产生不大的塑性变形,消除平面度误差,提高形状与尺寸精度的冲压成形方法称为校平与整形。
(名词解释)第六章汽车覆盖件冲压工艺一、覆盖件冲压的基本工序:落料:获得后续工序所需的毛坯外形;拉深:关键工序,制成大部分覆盖件形状;修边:切除拉深件的工艺补充部分;翻边:使覆盖件边缘的竖边成形;冲孔:加工孔洞。
安排在拉深工序之后,避免孔洞变形。
二、覆盖件的拉深特点a.尽量在一次拉深中制成完整的曲面形状和局部结构,保证尺寸精度与表面质量。
b.合理设置拉深筋,增大进料阻力,改善材料流动,防止起皱与拉裂。
c.覆盖件拉深要求一定的拉深力,在拉深过程中还应有足够、稳定的压料力。
d.选用塑性好、表面质量高、尺寸精度高的低碳钢。
e.为减少板料和凹模、压料圈的摩擦,避免破裂和表面拉毛,需要在压料面上涂抹特制的润滑剂。
三、汽车覆盖件拉深成形工艺设计原则(不确定)a.尽可能用一道拉深工序制成覆盖件形状。
b.拉深深度平缓均匀,多道工序时需注意前后顺序。
c.表面平坦的覆盖件拉深主要使用胀形,并注意调整局部变形。
d.局部形状设计时应采取措施满足合理的拉深成形条件。
e.焊接面不应有皱折、回弹等,对不规则的形状只能考虑拉深出焊接面。
f.孔应在零件拉深成形后冲出,预防孔的变形。
g.压料圈不应使材料发生皱折、翘曲等问题,保证材料变形顺利、坯料定位准确、送料取件方便安全。
h.拉深工序的坯料形状和工艺设计应为后续工序提供良好的工艺条件。
i.材料送进取出应安全方便,有利于自动化、流水线式生产。
四、凹模圆角外,被压料圈压紧的毛坯部分即为压料面。
(名词解释)五、确定压料面的基本原则1.压料面应为平面、单曲面或小曲率的双曲面;2.凸模对深毛坯有拉伸作拉用,压料面展开长度比凸模表面展开长度短;3.合理选择压料面与拉深方向的相对位置;4.凹模凸包必须低于压料面。
六、影响拉深变形阻力的因素1.凹模口形状:凹模口各线段变形阻力不同。
2.拉深深度:内凹外凸部位拉深深度过大使变形阻力不均匀。
3.拉深件的侧壁形状:垂直侧壁的变形阻力大不易起皱。
4.压料力:压料力越大摩擦阻力越大。
5.凹模圆角半径:凹模圆角半径小,变形阻力大。
6.润滑条件:压料面润滑减少摩擦阻力,提高表面质量。
7.压料面面积:压料面越大,变形阻力越大。
第七章冲压设备和冲压生产的机械化、自动化压力机的类型按动力传递形式可分为机械压力机和液压机,机械压力机又分为摩擦压力机和曲柄压力机。
按床身形式可分为开式压力机和闭式压力机。
曲柄压力机按曲柄支承形式分为单柱式和双柱式压力机。
曲柄压力机按连杆数目可分为单点、双点、四点压力机。
按公称压力分为小型、中型、大型压力机。
按滑块数目分为单动、双动压力机。
第八章磨具CAD/CAE/CAM技术冲压工艺过程图(DL图)第九章汽车车身装焊工艺一、金属连接方式:可拆卸连接(机械连接)、不可拆卸连接焊接的优点:省材、简化装配工序、结构强度大、密封性好、使用灵活、便于自动化生产。
焊接的缺点:残余应力应变大、焊接接头易出现缺陷且性能不均、劳动环境恶劣。
二、车身制件分块的优点1.有利于保证装焊质量2.分块制造可避免总装后难以焊接的工作3.可以降低装焊夹具的复杂程度4.各部件可平行装焊,效率高三、车身分块的结构分离面相邻装配单元的结合面称为分离面,包括:车身设计分离面:依据使用和结构,将车身分解为可独立装配的单元,可拆卸。
车身工艺分离面:为满足工艺要求,将部件分解为可独立装配的单元,不可拆卸。
四、工艺分离面的原则:1 尽量保证部件和组合件构造上的完整性2 本身具有一定刚度3 受到装焊设备尺寸的限制4 工艺和经济的合理性5 分离件与总成定位基准一致6 对总成尺寸的影响尽量小7 综合生产条件和生产效率,部件可二次分解五、装焊图表是按照部件的设计和工艺分离面,将其划分成可独立装配的单元,并将所有装配单元按照装配顺序排列成的流程图。
(名词解释)七、装配基准是用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准。
(名词解释)八、电焊包括:电阻焊、电弧焊、气焊、钎焊、特种焊十、电阻焊:工件结合后施加电压,利用电流流经工件接触区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态,使之形成金属结合。
包括:电焊、缝焊、凸焊、对焊。