汽车冲压件技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

1、模块式冲压

模块式冲压的突出优点在于能把冲压加工系统的柔性与高效生产有机的结合在一起。柔性的含义较广，如冲压件的几何形状的多种要求，只要通过自由编程就可获得，体现了加工形状的柔性。又如既适用大批量单品种冲压件的生产，更对小批量多品种加工发挥优势，也表现出柔性。概括而言，模块式冲压的持点是：

（1）在冲压成形过程中可快速更换组合模具以提高生产效率；

（2）由于具有带材的供带和矫带装置，可省却另设上料下料工序；

（3）实现了大工件的不停机加工；

（4）既能独立又能成系列的控制组合冲模动作，能连续进行冲压加工；

（5）冲模具有可编和的柔性特点。

一种模块式冲压加工系统由一台带有控制功能模块式冷冲压的压力机、卷材带材送进装轩、带材矫正机及可编程进给装置等构成。这种冲压系统在运行时可进行冲模横向位移、带材进给定位、冲模重复运行及自动调整下工步的冲模调整等多项功能。由于在冲压过程中进行可编程冲压，使这种模块式冲压系统能柔性地适应生产需求，能在相同带材上进行曲不同工件及批次的混合生产，实现不停机的串接式加工，还同时在工件两面冲压加工，极大地提高了工作效率，有资料表明，模块式冲压成形使加工费用能下降至40%-50%。

当前模块式冲压装置的集成度是很高的，在宽度为300MM尺寸范围内可安排达35个模具，通过冲模上端的顶板可对冲模进行独立式系列控制，即形成冲模的集成控制。整个系统的可编程在WINDOWS用户界面和菜单下实现，编程涉及模具沿着横向定位轴的伺服驱动定位，带材的检验矫正及纵向进给定位，冲压件的质量跟踪检验，冲模的调整及压力机；状况监控等多功能。

当冲模重新配置或更换时，这些变化则会被参数并被控制系统所贮存，以务下次查询和调用。冲模数据包括有冲头及其组合标记，冲头组合在模具中的X、Y坐标位置及模具轴编号等信息。图三表明可编程的冲模系统，图中A为标准模具的横向支承轴，可进行伺服动至冲压区，B为备有冲模的支承轴，C为备用轴，D为橙色卷式带料正在进给。

2、亚毫米冲压项目

亚毫米冲压"是指汽车车身冲压件的精度控制在0-1.0MM的范围内，与过去制造业通行的误差2MM相比，是个非常大的提高。这是一个以提高冲压质量和制造技术为目标的综合项目。该项目与"2MM工程"都是90年代后期美国汽车界开展的大型 研究 项目。所谓"2MM工程就是把车知、身装配尺寸变动量控制在2MM之内，大大严于原先的8MM误差范围。

冲压加工成形技术是影响汽车车身制造水平的关键因素之一，美国专家曾在一条汽车装配线上对50多个个案进行实地 分析 表明，造成车身尺寸误差变动的诸多原因中，冲压件本身尺寸造成的积累误差占23%，其主要原因是传统的基于经验和原有工艺基础上低水平上的模具设计与制造。

亚毫米冲压的中心是冲压件的精度与敏捷度两个目标，精度就是使冲压件尺寸准确度控制在0毫米或亚毫米的水平，其关键是控制车身支架、立柱等结构件的尺变动，并使车身覆盖件分块度大，如采用整体左右侧板和顶盖板等。敏捷度含义则是指减少冲压件的生主准备时间达30%，包括模具设计、试样制造和工装准备时间，以达到极大缩短新车型制造周期的目的，该项目饮食有冲压和装配的集成设计、冲压系统敏捷设计和制造、冲压过程的智能检测和监控、全系统集成4个子项目。

通过亚毫米冲压项目的 研究 ，使冲压成形技术有了飞跃性的进展，其中包含有：

（1）冲压过程和部件装配工艺的设计由基于经验和传统工艺向科学和数据过程的转化；

（2）冲压设计向CAD和模拟试模转化，摒弃了传统的尝试法；

（3）实施模具设计制造由过去串行方式向并行方式转化；

（4）实现了过程监测和设备维护由被动响应向科学预测式转变。"2MM工程"和"亚毫米冲压"两项目现已先后完成，正在美国三大汽车制造公司推广应用，取得了许多有益的成果，冲压成本大幅下降，获得日益增长的经济效益的社会效益，并逐步向其他国家推广应用。

3、特种冲压成形技术

现代汽车冲压件的技术要求朝着结构复杂、分块尺寸增大、相关边的零部件较多、承载能力变大和内应力限制严格等方向发展。这要求并促进特种冲压成形技术如液压成形、精密成形、爆炸成形、旋压成形、无模成形、激光成形和电磁成形技术的发展。限于本文篇幅，这里主要介绍内压成形和电磁成形两项技术。

现代汽车冲压件的技术要求朝着结构复杂、分块尺寸增大、相关边的零部件较多、承载能力变大和内应力限制严格等方向发展。这要求并促进特种冲压成形技术如液压成形、精密成形、爆炸成形、旋压成形、无模成形、激光成形和电磁成形技术的发展。限于本文篇幅，这里主要介绍内压成形和电磁成形两项技术。

液压式或注入弹性体式的成形技术，其高压形成过程一般包括：

（1）有效介质如冰的膨胀或弹性体压入使内部压罚极慢增长的过程；

（2）流体静罚的骨高压形成过程；

（3）极端压力如爆炸的动态过程等。介质可以是无定形的固体、液体或气体，在系统中介质可依据要加工的形状作任意变化，履行凸模功能，所以介质可等同于一个万能模具。图四是板材超朔成形的例子，从图中可见此时有效介质变成凸模。

液压式内高压成形技术与其他冲压成形技术相比，有几项明显优点：

（1）在成形过程中可一次加工出如车桥、顶盖板、门框等大型复杂的三维几何形状的工件；

（2）因为液体在成形过程中冷却作用，使工件被"冷作强化"，获得比一般冲压加工更高的工件强度，这使得允许采用更薄的板材，使工件更轻量化；

（3）工件外表板面只与压力液体接触，加压过程较平缓，零部件成形变化均匀，可获得匀称的压力分布，并能获得者好得多的平滑外表面；

（4）液压内盛开有的冲模和工具费用可下降40%，特别降低了凸型零件加工的节拍时间较短，约为0.1-0.5MIN，这在特种成形工艺中是较短的，可实现批量生产。

利用通电线圈产生的电磁力的电磁成形工艺，是目前颇有前途的另一种新型加工手段。该工艺源于六十年代核裂变 研究 的成果，但可惜一直没被人们注重。电磁成形工艺原理图，当线圈通入交流电时。

数微秒内建立起磁场，使金属工件尤其是导电率强的铜铝材质感生出电流，感生出电流，感生电流又将受到磁场力作用，使工件产生张力与凹模吻合而迅速成形。当线圈在工件内时，电磁力将使工件外张成形，属当前应用较广泛的一种工艺；当线圈平面平行于板件放置时，电磁力将使工件拉伸成形。

电磁成形技术系一种非接触成形工艺，其突出优点一是加工成形迅速工效高，二是常用于金属与非金属的连接，可取代粘接或焊接；其三是不耗脯助材料如润滑油脂等，有利环境保护。

4、冲压过程自动监控

现代冲压技术的另一个重要特点是对冲压过程进行自动监控以保护冲压件的质量。在亚毫米冲压项目的自动检测和监控中，其 研究 成果就包括有：1）冲压过程的特征 分析 在线传诊断和检测系统；2）高速和非接触的冲压件测量系统；3.冲模维护的科学预测系统；4.冲压成形关键参数的在线调节和补偿系统等。

冲压过程引起工件质量发生变化的原因主要有凹凸冲模的磨损、裂纹及冲模错位等，这些微小变化可由高分辩率的位移转感器和冲压力转感器进行跟踪检测。其中位移测量是极重要的一种测量，该装置通常由安装在模具上方的关源和位于下方的接收单元构成，可监视偏差、跟踪加工全过程、及时输出监测信息和进行报警停机。

一种在线冲压的图形处理系统，是保证冲压工件质量的有效测试方法，它能进行二维几何图形的标准检测，其项目有长度、直径、平行度、角位、冲压板材结构及识别废品等。图形处理系统是由象仪、光学仪和照明装置等组成，标准的CCD象仪的珊格分辩率为750X580条珊格，水平方向每珊格为0.026mm，垂直方向精度为0.009mm/珊格。

监视系统使用的位移及角度传感器有光学式及电学式二种，前者有激光测试技术和模似光珊技术支持；后者有电感流式及介质电容式，它们的测试精度分辩率都可达到1-10um级的水平。最适用冲压技术的转感器安装方案是把多种转感器集中装于一块传感器板上，再把它精确地固定在模具接口处，即冲头夹紧板上，利用传感数据监控冲压全过程，并通过控制器得到及时处理，保证冲压件的质量。

第二节 产品工艺特点或流程

冲压件制造过程图

上图所示为汽车冲压件成形的基本工步顺序，在实际操作中，需要根据形状特征选择工艺方法，并进行合理的排序和组合，利用尽可能少的工步制造出汽车冲压件。工步排序的基本原则就是在后继工序不影响已成形部分形状的基础上，力求工艺合理，简便易行。

因此，在汽车冲压件的制造过程中，主要有以下几种常见的工序组合：

汽车冲压件工序组合方式

表中：√表示最优先考虑的工艺组合方式；△和○分别表示次优先和较少采用的工艺组合；落料与拉深组合仅限于落料形状是切角的情况；拉深与冲孔组合仅限于在压料面上冲定位孔；翻边与修边组合仅限于向下翻边的工艺。由此可见，工序组合不仅仅是几何问题，更包含成形工艺、模具设计和使用性能等多方面的复杂决策问题，是专家经验和创造性思维的集中体现。

总之，为了提高生产率、设备利用率和减少多次定位误差等问题。冲压件工序组合时应遵循的基本原则是：

1、相同性质的加工内容在满足产品结构要求的条件下，尽量组合成一道工序；

2、在保持工序数不变的情况下，尽量使各工序模具的复杂程度一致；

3、修边和冲孔工序组合成一道工序；

4、翻边和整形工序组合成一道工序。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

1、CAE技术

汽车冲压工艺设计是一个过程性设计，要通过经验、知识对产品信息不断 分析 来完成，其设计结果需要检验评价。通过设计—评价—再设计的迭代过程来实现最优设计，是汽车工艺设计发展的重要方向。目前可以说CAE技术已成为覆盖件工艺设计的检验工具和工程人员修改工艺设计的有力依据。用CAE的结果来指导工艺设计，进而实现工艺的自适应设计将是今后的又一 研究 方向。

2、混合智能新技术

另一方向，汽车车身覆盖件工艺设计应根据产品形状结构、工艺性、模具制造的合理性、均衡性及成本最低化原理，来建立优化决策机制，制定产品的工艺路线、任务分配及详细工艺设计。混合智能新技术将是解决该领域问题的一个发展途径。如KBE技术、工艺决策推理机制、人工神经网络(ANN)、遗传算法(GA)、Petri网等智能化技术及并行工程、CIMS思想等的混合决策技术和多智能体技术的综合智能体系。

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