汽車沖壓件制造工藝

王寶林　呂興宇　劉寶振

摘 要：本文概述了沖壓工藝的特點，沖壓工序的具體分類，沖壓性能的影響因素包含范圍，以及沖壓工藝技術在汽車制造中所起到的作用。

關鍵詞：沖壓工藝；沖壓性能；沖壓工序

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.033

1 冷沖壓工藝的特征及工序的劃分

冷沖壓工藝的特征。冷沖壓是從金屬塑性變形的基礎上，演變而成的一種加工工藝方式，此種加工工藝是通過壓機設備與模具共同對鋼板施加一定的作用力，迫使鋼板發生塑性變形或者分離的現象，從而獲得所需的形狀、尺寸要求和穩定的性能的一種成型工藝方法。此種加工方法與其他金屬加工工藝方法相比較具有以下優點：

（1）生產節拍明顯提高，材料利用率大大提升，并且適用于大批量的生產，其中合理充分的運用好無搭邊沖裁及套裁的工藝方式，完全可以實現少廢料，甚至達到無廢料的生產也不無可能，即使在某種特定的情況下，產生較大的邊角余料致使材料利用率的降低，也可以通過收集尺寸較大的邊角余料，統一利用于一些相對較小的制件生產當中，以達到節約成本的，降低損耗的最終目的。

（2）操作方法簡單，操作者只需通過簡單的崗前培訓及安全操作指導即可上崗操作；

（3）通過沖壓工藝生產出的產品，通常不再需要進行二次加工，就完全可以滿足較高的尺寸精度要求；

（4）通過沖壓工藝生產出的制件產品，在裝配需求上通常都可以滿足很高的互換性要求；

（5）沖壓件用鋼板作為原材料，其首先滿足了原材料表面質量好的先決條件，為后序的表面處理加工工藝提供了良好的輔助條件；

（6）通過沖壓工藝生產出來的零件可以輕易的滿足高強度，高剛度，低重量等的嚴格要求；；

（7）滿足了批量生產的需求，至生產制造的所需成本得到了大大的降低；

（8）沖壓工藝是一門能夠通過簡單的操作，很容易得到其他金屬加工工藝很難實現的復雜形狀的零件生產需求的加工工藝方法。

2 沖壓工序的劃分

2.1 按加工性質可分為兩大類

（1）將所需零件與無用廢料按一定的外廓線所分離開的加工工藝稱為分離工藝，其可大致分為沖孔、落料、切口、修邊、剖切和切削等；（2）所需產品在加工過程中，不產生縮頸、隱裂、開裂、褶皺或疊料等缺陷的缺陷的塑性變形工藝，我們將此工藝，稱之為成型工藝，其則可大致分為翻孔、彎曲、翻邊、脹形、縮口、擴口、旋壓和拉深等。

2.2 按材料的變形性質亦可分為兩種類型

（1）伸長變形：當作用在板料變形區的拉應變的絕對值最大時，板料的成形主要靠材料的伸長變形和厚度減薄實現。其阻礙是材料失穩破裂；（2）壓縮變形：當作用在板料變形區的壓應變的絕對值最大時，板料的成形主要靠材料的壓縮變形和厚度增厚實現。其阻礙是材料失穩起皺。

3 金屬塑性變形的力學規律

（1）塑性應力應變關系。當凸模與板料發生接觸的瞬間，板料同時受到凸模、凹模所施加的力的作用，但同時由于力矩M的存在，致使板料產生彎曲變形，而產生彈性變形，隨著凸模不斷下壓，刃口壓入材料，內應力狀態符合塑性條件時，板料發生塑性變形，隨著塑性變形逐漸增大，最終板料將以斷裂形態而告終；

（2）沖壓成形對鋼板的性能要求。鋼板對沖壓成形工藝的適應力，主要體現在抗破裂性、貼合性、成形性等。

（3）冷沖壓所用材料的選取。沖壓件通常包含以下兩類：1、形狀復雜但所需成型力較小，此時鋼板只要求具備良好的沖壓性能和表面質量即可，此類沖壓件多采用冷軋深沖低碳薄鋼板為原材料；2、不但形狀比較復雜，所需成型力也較大，此時對鋼板的要求不但要有良好的沖壓性能，同時還應具有一定的強度，此類沖壓件則多選用沖壓性能好的熱軋低合金（或碳素）厚鋼板為原材料。

1）材料性能對沖壓工藝的影響。彎曲成形工藝所應用的材料，首先應具備足夠的塑性，其次要有較低的屈服強度和較高的彈性模量。含碳量小于0.2%的低碳鋼塑性好；彈簧鋼彎曲時必須有較大的彎曲半徑，脆性很大的材料則可采用加熱彎曲的工藝來達到最終目的；拉深成形所應用的材料，首先要有高的塑性、其次應具備低的屈服點和大的厚向異性系數。多選用含碳量小于0.15%的低碳鋼、奧氏體不銹鋼等具有極佳拉深性能的原材料。

2）沖壓性能對材料質量的要求。力學性能對沖壓性能的影響。a屈服極限（σS）越小，則變形抗力隨之越小，相同變形所需的變形力就越小，壓縮過程則不易起皺、彎曲變形時的回彈量也較小，故貼模性和定形性均較理想。b屈服比（σS/σb）小，易產生塑性變形并且不容易發生破裂現象，當變形抗力較小而強度較高時，則變形區的材料容易產生變形而不容易發生起皺現象、傳力區的材料有較高的強度則不易拉裂。c延伸率（δ）（系指斷裂時的延伸率）當試樣開始產生局部集中變形（頸縮）時的延伸率為均勻延伸率（ δu），板料的成形都是在均勻變形范圍內進行的，即板料的拉應力大于或等于屈服極限而小于或等于強度極限，因此， δu越高，則成形性能越好。d應變剛指數，金屬材料在常溫下發生塑性變形，此過程中會出現硬化效應，使材料的強度指標增加，塑性指標下降。在伸長類變形中， n值大的材料，由于硬化嚴重，變形抗力增大，從而使變形趨于均勻，變薄減小，厚度變化均勻表面質量好，極限變形程度增大，零件不易產生裂紋。材料的硬化對沖壓性能也有不利影響，硬化的結果使需要的變形力增大，還限制毛坯的進一步變形。如：孔邊緣硬化后，翻邊時引起開裂。e厚向異性系數（γ），由于鋼板軋制和結晶時會出現纖維組織等因素，則鋼板的塑性力會因方向不同而出現明顯差異。單向拉深試樣寬度應變和厚度應變的比值，則稱為厚向異性系數，其比值越大板材抵抗變薄的能力則越強， γ>1時，板料寬度方向比厚度方向容易產生變形，在拉深變形中，加大γ值，毛坯切向易于收縮而不起皺，板料受拉時，厚度不易變薄，從而也不易產生拉裂現象。f板平面各向異性系數（△γ），軋制后的板材，在板材平面也出現各向異性沿平面不同方向，則機械物理性能也均不相同，尤其在軋制45°方向，與軋制方向形成明顯差異，如：拉伸零件開口部位不齊，出現高突不平，方向性愈明顯，則起伏的高度愈大。由于板平面各向異性系數會增加材料消耗，影響零件質量，在生產過程中則應盡量降低△γ值的數值。

作者簡介：王寶林（1968-），男，遼寧瓦房店人，研究方向：機械制造與自動化。