汽车冲压制造技术.ppt

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1、汽车车身冲压技术的发展汽车车身冲压技术的发展l材料：高强度钢板及激光拼焊板的应用材料：高强度钢板及激光拼焊板的应用l工艺：热冲压成形和液压成型技术的应用工艺：热冲压成形和液压成型技术的应用l设备：高速冲压自动线和伺服压力机的发展设备：高速冲压自动线和伺服压力机的发展l模具：模具技术和有限元分析模具：模具技术和有限元分析技术在冲压技术在冲压 成形中快速发展和应用成形中快速发展和应用l20102010年冲压规划工作介绍年冲压规划工作介绍趋势：随着整车要求更安全，更环保，更低能耗，需要车身趋势：随着整车要求更安全，更环保，更低能耗，需要车身轻量化而更坚固，车身冲压在安全、环保、高品质、高效率、轻量化

2、而更坚固，车身冲压在安全、环保、高品质、高效率、低成本、数字化制造不断发展低成本、数字化制造不断发展 高强度及超高强度钢板的定义高强度及超高强度钢板的定义 随着整车轻量化和安全法规的碰撞安全性要求提高，冲压材料向着高强随着整车轻量化和安全法规的碰撞安全性要求提高，冲压材料向着高强度方向发展。度方向发展。高强度钢板高强度钢板在汽车应用上发展很快，在汽车应用上发展很快，目前在欧洲目前在欧洲轻轻量化概念化量化概念化车车的用的用材中材中,高高强强度度钢钢板板约约占用占用80%左右。左右。强度在强度在270780MPa270780MPa应用的最多。应用的最多。 IF:无间隙原子钢Mild:低碳铝镇静钢H

3、SSIF:高强度IF钢BH:烘烤硬化钢IS:各向同性钢CMn：碳锰钢HSLA:高强度低合金钢DP:双相钢CP：复相钢TRIP:相变诱发塑性钢Mart：马氏体钢TWIP：孪晶诱发塑性钢Stainless：不锈钢B steel：热冲压用钢TRIP延伸率 (%)屈服强度(MPa )01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP, CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessB steelTRIP延伸率 (%)屈服强度(MPa )01020304050607004006001000Mi

4、ldHSSIFHSLADP, CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessB steelIF:无间隙原子钢Mild:低碳铝镇静钢HSSIF:高强度IF钢BH:烘烤硬化钢IS:各向同性钢CMn：碳锰钢HSLA:高强度低合金钢DP:双相钢CP：复相钢TRIP:相变诱发塑性钢Mart：马氏体钢TWIP：孪晶诱发塑性钢Stainless：不锈钢B steel：热冲压用钢TRIP延伸率 (%)屈服强度(MPa )01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP, CPBHCMn200800

5、ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessB steelTRIP延伸率 (%)屈服强度(MPa )01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP, CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessB steel冲压材料的发展冲压材料的发展Ts980Ts590 Ts440一汽奔腾轿车车身材料高强度钢板的应用一汽奔腾轿车车身材料高强度钢板的应用一汽轿车自主品牌轿车奔腾一汽轿车自主品牌轿车奔腾B50B50白车身冲压件中白车身冲压件

6、中HSSHSS和和AHSSAHSS应用比例应用比例47.63%47.63%。其中侧围加强板强度级别为。其中侧围加强板强度级别为590MPa590MPa和和780MPa780MPa的的triptrip钢；钢；门外板：烘烤硬化钢，门外板：烘烤硬化钢，340MPa340MPa；B B柱加强板：双相钢（柱加强板：双相钢（DPDP钢）钢）980MPa980MPa。B B柱、防柱、防撞杆：超高强度热成型钢，撞杆：超高强度热成型钢，1500MPa1500MPa。一汽轿车碰撞试。一汽轿车碰撞试验达到了验达到了C_NCAP4C_NCAP4星级标准。星级标准。 冲压材料的发展冲压材料的发展冲压材料的发展冲压材料的

7、发展高强度钢板成形特点和制造面临的挑战高强度钢板成形特点和制造面临的挑战成形特点： 高的抗拉强度带来成形力和剪切力的增大； 含碳量和合金元素的增加降低了板材的成形性能； 高的抗拉强度使材料的回弹量也相应增加； 面临的挑战： 高强度板是一种难以成形的材料，而材料成本提高. 成形AHSS钢板，增加冲压力。模具结构要考虑承受高压力,同时需要更大吨位的压力机。 成形件回弹大且不稳定, 目前成型分析软件没法对回弹作出较为准确的模拟。高强度板的成型特性不稳定，给生产和车身质量带来不稳定因素。 提高模具表面硬化和表面粗糙度,防止早期磨损等失效问题。 模具调试周期长，反复修改多，生产准备周期延长。冲压材料的发

8、展冲压材料的发展高强度钢板成形特点和制造面临的挑战高强度钢板成形特点和制造面临的挑战 控制回弹的一些方法 产品设计: 产品均匀变形;零件侧面适当增加 立筋. 工艺设计:考虑增加整形工序;增加成形力,考 虑模具强度及受力结构, 提出更改 产品的建议. 模具制造:预测回弹量;凹模分块带圆角的处 理; 控制材料的变形等. 激光拼焊板成形工艺技术p 激光拼焊板成形工艺（激光拼焊板成形工艺（ TWBTWB）p 1985年，德国蒂森钢铁公司开始应用激光拼焊板。年，德国蒂森钢铁公司开始应用激光拼焊板。p 开始是为了解决超大尺寸的板材冲压件，后来发展到开始是为了解决超大尺寸的板材冲压件，后来发展到使用不同厚度

9、、不同材质的材料，将其焊接成一块板使用不同厚度、不同材质的材料，将其焊接成一块板料，然后进行冲压成型。料，然后进行冲压成型。p 拼焊板的使用可以减少零件的数量、减轻零件重量、拼焊板的使用可以减少零件的数量、减轻零件重量、降低生产成本和减少模具投资等，在欧美汽车制造业降低生产成本和减少模具投资等，在欧美汽车制造业得到广泛应用，每种新车型都有得到广泛应用，每种新车型都有10余种以上零件应用余种以上零件应用激光拼焊板。主要应用在车门内板、侧围内板及梁类激光拼焊板。主要应用在车门内板、侧围内板及梁类零件。据统计门里板采用拼焊板成形的占零件。据统计门里板采用拼焊板成形的占40%以上。以上。冲压材料和工艺

10、的发展冲压材料和工艺的发展激光拼焊板的应用例子激光拼焊板的应用例子-车身前门里板车身前门里板TWB-方案 内板在 TWB-方案中省去传统设计车门传统设计车门激光拼焊板激光拼焊板 车门车门内板绞链加强板后视镜三角加固加固锁扣外板内护栏外护栏SAPT窗槽冲压材料和工艺的发展冲压材料和工艺的发展136063012608503201480HX 180 +Z; t=1,4mmHX 180 +Z; t=0,7mm6624门里板激光拼焊板材料毛坯图门里板激光拼焊板材料毛坯图 是否使用激光拼焊板的前门里板成本分析比较是否使用激光拼焊板的前门里板成本分析比较 通过使用激光拼焊技术将两个部件节省，抵消了较高的坯板

11、价格，降低成本。每个激光拼焊板 车门整体成本比传统车门成本降低5.39%, 约2,32。0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 激光拼焊板车门激光拼焊板车门传统车门传统车门/门门分摊物流集中采购部件坯板原料研发 在东风商用车在东风商用车D530D530侧围内板上的应用侧围内板上的应用分别制造（传统工艺）采用激光拼焊板（新技术）零件示意图材料利用率 37% 46% 57%重量3.65Kg(2个件之和)3.3Kg零件和模具数量左，右共4个零件，7套模具，4套检具左，右共2个零件，4套模具，2套检具分割线连接点焊(左右各19

12、个)激光拼焊(1.225米直线缝两条)制造风险目标成本达成基本无风险设定基准第一次设计制造不等厚激光拼焊板零件，有一定风险。与设定目标成本基本持平。提出：由于D530单排的侧围角板和侧围内板在左右成双冲压制造的情况下，材料利用率低。侧围角板0.75mmDC05侧围内板1.6mmD180P2侧围内板(合件) 0.75+1.6mmDC05+D180P2冲压材料和工艺的发展冲压材料和工艺的发展 在在D530D530车身侧围内板上的应用车身侧围内板上的应用 通过冲压模拟CAECAE成形分析结果确定钢板拼焊线位置距下死点35MM下死点沿焊缝开裂沿焊缝开裂危险危险冲压材料和工艺的发展冲压材料和工艺的发展

13、通过试验验证取消老加强板（通过试验验证取消老加强板（5401153/54-c1200重量：重量：0.927KG/件件);采用新加强板，每车减重约采用新加强板，每车减重约1.5KG。 侧围内板新加强板（侧围内板新加强板（5401153/54-c1201)5401153/54-c1201)方案方案冲压材料和工艺的发展冲压材料和工艺的发展冲压工艺的发展冲压工艺的发展超高强度板材热成形工艺技术 为了达到欧洲碰撞安全4-5星标准，车身支柱等零件需要使用超高强度钢板，但是超高强度板在冷冲压成形难度极大，因此产生热成型工艺。 热成形工艺，（热成形钢）板料或落料件进炉中加热到奥氏体温度范围（850-900度左

14、右），快速送入内部带有冷却管道的冲压模具上冲压成形，保压冷却至组织全部为马氏体后，零件抗拉强度可以达到1500MPa。 成形后续工艺：处理表面氧化皮（喷丸），激光切割机完成零件外周边和孔的加工。 设备工装一次投资比较大，制造成本较高。超高强度板的热成形工艺流程热成型是一条专用生产线，包含加热成型是一条专用生产线，包含加热设备、传送机构、热成型压力机设热设备、传送机构、热成型压力机设备、上下料机构和带有快速冷却系统备、上下料机构和带有快速冷却系统的热成型模具等组成。的热成型模具等组成。冲压工艺的发展冲压工艺的发展冲压工艺的发展冲压工艺的发展超高强度板材热成形工艺技术应用 国际：在国外轿车厂已普遍

15、应用在国外轿车厂已普遍应用。主要生产的零件：支柱、车门防撞梁、顶盖上边梁等梁类冲压结构件。欧系车型使用最广泛；使用最多的是德国大众；系车在车门防撞梁（杆）上普遍使用且有推广的趋势； 国内：国内一些轿车厂已开始采用，国内一些轿车厂已开始采用，欧系车型：宝莱A5 前、后保险杠、A柱、B柱；Golf A4后保险杠；Polo的前后保险杠、B柱；速腾B柱、A柱和前后保险杠骨架；长安安特Focus等车的A柱、B柱、保险杠、防撞杆；标标307、凯旋B柱、防撞杆等；自主品牌：；中中系系车B柱、A柱采用热冲压件；奇瑞、吉利等 国内已有国内已有2-3条热冲压成型生产线条热冲压成型生产线 。 (长春长春,昆山昆山,

16、宝钢宝钢)1、板料液压成型工艺2、管件内高压成型工艺 液压成型技术的成形原理液压成型技术的成形原理冲压工艺的发展冲压工艺的发展特点：设计生产周期短，节省模具费用，提高板料成形特点：设计生产周期短，节省模具费用，提高板料成形极限，极限， 缩短制造流程，适用于多品种少批量产品缩短制造流程，适用于多品种少批量产品 板料液压成型工艺冲压工艺的发展冲压工艺的发展 管件内高压成形 冲压工艺的发展冲压工艺的发展 管件内高压成形是将管坯放入模具内，利用高压管件内高压成形是将管坯放入模具内，利用高压液体充入空腔，同时辅以轴向补料，使其直径变化液体充入空腔，同时辅以轴向补料，使其直径变化至贴靠凹模的成型过程。由于

17、使用的内部压力可高至贴靠凹模的成型过程。由于使用的内部压力可高达达400MPa,400MPa,称为内高压成形技术。与传统的冲压件相称为内高压成形技术。与传统的冲压件相比，液压成型技术具有减轻质量，减少零件数量，比，液压成型技术具有减轻质量，减少零件数量，降低生产成本，提高焊接总成尺寸精度和提高总成降低生产成本，提高焊接总成尺寸精度和提高总成刚度和强度，尤其疲劳强度等特点。刚度和强度，尤其疲劳强度等特点。 管件内高压成形适用于沿构件轴线变化的圆形、管件内高压成形适用于沿构件轴线变化的圆形、矩形截面或异性截面的空心构件。典型零件如副车矩形截面或异性截面的空心构件。典型零件如副车架、仪表梁支架等零件

18、。架、仪表梁支架等零件。 设备工装一次投资比较大。设备工装一次投资比较大。冲压工艺的发展冲压工艺的发展一汽奔腾轿车B50副车架制造的应用主要构成的 副车架主管 采用内高压成形工艺。新工艺的整体副车架与采用分体冲压件点焊组合的传统工艺相比，生产成本降低20%，减轻质量30%。模具成本可降低60%. 内高压成形技术生产副车架主管冲压工艺的发展冲压工艺的发展冲压工艺的发展 除了上面介绍的热成型工艺，拼焊板成形工艺和内高压成形工艺外， 多件拼合冲压，提高冲压效率。如一汽自主品牌轿车开发出一模4件的冲压模具，4个门外板同时生产。 双模冲压，提高冲压效率，提高材料利用率和降低模具调试难度。将车身左右件的两

19、套模具安排在同一台压力机生产，比左右拼合一套模具冲压具有比较优势。冲压设备的发展冲压设备的发展冲压设备的发展冲压设备的发展人工冲人工冲压线压线机器人冲机器人冲压线压线机械手冲机械手冲压线压线冲压设备的发展冲压设备的发展一次性投资大一次性投资大冲压设备的发展冲压设备的发展东风产花都工厂的高速冲压生产线采用德国万家顿和本东风产花都工厂的高速冲压生产线采用德国万家顿和本小松的大型高速冲压生产线小松的大型高速冲压生产线德国米勒万家顿公司开发出快速横杆式输送系统（SpeedBAR）。这种输送系统结构简单，输送效率高，可以实现模具和端拾器在单机联线自动化冲压线。国内已有主机厂采用这一自动送料系统，冲压设备

20、的发展冲压设备的发展 大型自动化冲压线与大型多工位压力机是当今大型冲压装备自动化技术发展的两大趋势。我国现有冲压线中约10实现单机联线自动化，部分生产线采用了SpeedBAR或旋转7轴机器人等先进输送系统，大型自动化冲压线是今后发展的选择。冲冲压压自自动线动线的的选择选择的要点的要点生生产产的的产产品，生品，生产线产线的的产产能能模具的性能，模具的性能，满满足自足自动动化要求化要求维护维护技技术术能力，能力，设备设备投投资资，运行成本，运行成本，长远规长远规划划辅辅助助设备设备的重点的重点开卷落料开卷落料线线，板料清洗涂油，板料清洗涂油堆堆垛垛，板料翻，板料翻转转机等自机等自动动化化辅辅助助设

21、备设备前提前提冲压能力提升冲压能力提升 压力机厂商：压力机厂商：济南第二机床公司济南第二机床公司机械手系统：机械手系统：瑞士瑞士GUEDLGUEDL高速输高速输送机都送机都机器人系统：机器人系统：本本FANUC R2000/100PFANUC R2000/100P型型 机器人机器人表表1 1，固定投资对比，固定投资对比冲压线类别冲压线类别SPHSPH自动化自动化线线/ /条条自动化成本自动化成本/ /万万元元压力机压力机/ /万万元元土建土建/ /万元万元废料输送废料输送+ +天车天车/ /万元万元合计合计/ /万万元元GUEDLGUEDL系统系统4504502 221002100* *2 2

22、60006000* *2 218001800* *2 28080* *2+2+（110+70110+70）* *2 22032020320机器人系统机器人系统3003003 312001200* *3 360006000* *3 318001800* *3 38080* *3+3+（110+70110+70）* *3 32778027780表表2 2，运行投资对比，运行投资对比冲压线类别冲压线类别班制班制自动化自动化线线/ /条条年人工成本年人工成本/ /万万元元水电气水电气/ /万元万元备件费用备件费用合计合计/ /万元万元机械手系统机械手系统2 2160160* *2 212.512.5*

23、 *2 24040* *2 2425.6425.6机器人系统机器人系统3 3160160* *3 312.512.5* *3 34040* *3 3637.5637.5结论：结论：2 2条机械手自动化线产能可以超过条机械手自动化线产能可以超过3 3条机器人自动化线的产能，投资和运行成本都节约。条机器人自动化线的产能，投资和运行成本都节约。上汽通用五菱选择冲压自动化的投资成本对比分析上汽通用五菱选择冲压自动化的投资成本对比分析冲压设备的发展冲压设备的发展冲压设备的发展冲压设备的发展大型多工位大型多工位压压力机力机冲压设备的发展冲压设备的发展多工位压力机在优尼公司的应用 广州优尼冲压有限公司 生产

24、产品：花都工厂轿车车身主要骨架件总成，中支柱， 前上横梁总成等 制造工艺：开卷落料，激光拼焊, 冲压成形，焊接总成。 冲压设备：5台多工位压力机，一台3000吨，一台2000吨， 3台1500吨；2条开卷落料线。 设备SPM：13-30次/分， 生产SPM：20-25次/分（最高28次，最高1万件/班） 换模时间：4.1分 冲压车间面积：12000平米 公司销售额： 20亿元/2009年 大型伺服压力机大型伺服压力机 l 大型伺服压力机，是将伺服电机技术和CNC控制与压力机结合，一般使用伺服电机取消压机的飞轮和制动器，可以达到根据加工内容任意设置压机滑块运行模式，采用伺服压力垫代替传统气垫,

25、在生产效率、成型性能、精度方面和设备稳定性等方面远远超过原来的普通压力机，还具有节能、噪音低等特点，行业认为是今后压力机发展的方向。l 现在已经生产出现在已经生产出10001000吨以上的大型伺服压力机。吨以上的大型伺服压力机。l 伺服压力机可以实现压床速度曲线和滑块行程曲线的数字化伺服压力机可以实现压床速度曲线和滑块行程曲线的数字化控制，更加适应不同产品的冲压生产，达到高效率。控制，更加适应不同产品的冲压生产，达到高效率。l 伺服压力机已经引起汽车制造公司高度重视，开始订货，应伺服压力机已经引起汽车制造公司高度重视，开始订货，应用范围越来越广。用范围越来越广。冲压设备的发展冲压设备的发展n广

26、州丰田公司冲压：广州丰田公司冲压：采用本丰田公司和小松公司共同开发的采用本丰田公司和小松公司共同开发的大型伺服压力机大型伺服压力机全自动冲压线。全自动冲压线。冲压设备的发展冲压设备的发展CAECAE技术的应用技术的应用- -配合产品同步开发和模具开发配合产品同步开发和模具开发的重要手段，提高了冲压制造的技术水平的重要手段，提高了冲压制造的技术水平l确定零件的成形工艺性和模具结构，确定零件的成形工艺性和模具结构，可以预测出零件成形过程中材料变薄可以预测出零件成形过程中材料变薄率和开裂、起皱等缺陷，缩短模具调率和开裂、起皱等缺陷，缩短模具调试周期和制造周期。试周期和制造周期。冲压模具的发展冲压模具

27、的发展F91AF91A模、检具套数和零件模、检具套数和零件合格率目标合格率目标模具套数模具套数冲压模具的发展冲压模具的发展专业化和制造流程再造的发展专业化和制造流程再造的发展 项目零件送样品质目标项目零件送样品质目标T001T01T02T03T04计划日期 07-11-12 08-2-17 08-4-10 08-5-30 08-8-30目标 80%85%90%92%95%零件合格率零件模具检具单排11123双牌225115通用227225F91A项目F91A项目55551351354343冲压模具的发展冲压模具的发展 CAD/CAM/CAPP/CAE等数字化技术的发展在模具制造全过程的应用 激

28、光技术的应用 三维激光切割机，激光淬火，激光检测 摄影技术应用 逆向工程，造型，摄影检测 超高强度钢板模具,连续模,多工位模具等。 DFL制造规划部 2010.01冲压与模具冲压与模具制造技术评价表（乘用车）制造技术评价表（乘用车）【图例】现状： 2012年目标： 2015年目标：分类竞争项目单位目标位置现状值目标值低于平均平均高于平均先进领先2009年2012年2015年冲压Q生产准备期间尺寸合格率%批量生产初期尺寸合格率%模具出荷尺寸合格率%C材料利用率%废品率%零件平均工序数（车型）D产品数据冻结到SOP周期月人工冲压线生产率SPH自动线冲压线生产率SPHD大型拉延成型性分析E工作环境安全性“1+1”规划项目输出表规划项目输出表单位项目名称项目理念技术效果年度投资（千元）QCDDE合计200102011商用车公司乘用车公司模具公司专专业业主课题主课题子课题子课题主要责主要责任单位任单位可能应用的时间可能应用的时间20122012年年20132013年年20142014年年2015年冲压“3”规划技术准备课题规划技术准备课题- END -