热冲压成型范文（精选8篇）

热冲压成型 第1篇

自1984年SAAB汽车公司首次将淬硬化的硼钢零件引入汽车制造 (Saab9000) , 拉起了热冲压工艺的研究热潮[1]。随着对热冲压工艺及相应使用的装置研究的不断进展, 结合热冲压制件在汽车领域中的应用需求, 变强度钢板的热冲压成型成为重要的研究方向。目前, 研究较多的变强度钢板是多种强度的钢板拼接在一起, 但其不能实现强度过渡区的连续变化、结合处存在性能隐忧, 因此, 通过热冲压成型一板多强度, 即热冲压成型变强度钢板, 是该行业中的重中之重。

2 热冲压成型变强度钢板的专利技术分析

检索的文献中, 最早出现变强度钢板的制备专利文献 (申请号DE102010027554申请日20100719) , 其工艺原理为:具有相对移动的多组模具, 其模具与工件接触的工件部分通过模具导热其导热快、强度高, 模具与工件存在间隙的工件部分通过空气导热其导热较慢强度低, 从而得到具有不同结构、不同材料特征的变强度钢板, 其使用的模具结构示意图如图1。

热冲压成型变强度钢板, 其主要是围绕着钢板的热处理及其带来的钢的组织变化原理, 在成型工艺中基于成型的加热工序和成型中的冷却工序, 设置对同一钢板进行分区热处理的成型装置和工艺步骤, 得到变强度制件的一种成型工艺。

2.1 成型的加热工序

对钢板的加热过程, 主要包括:通过提供不同温度区段炉温的加热炉 (器) 或模具上设置分区段的加热结构进行加热 (例如:申请号:CN201210589839, JP2012059447, DE102012110650) 、基于不同截面电流密度不同而产热不同的钢板导电电极加热 (例如:申请号:CN201410295649, CN201310251334) 、热辐射加热或感应加热部分钢板以通过钢板的导热得到加热区和导热区不同温度的加热方式 (例如:申请号:JP2007231660, CN201410671845) 。

2.2 成型中的冷却工序

对钢板的冷却过程, 主要包括模具中冷却结构 (如水道的尺寸、数量的差异设置) 的分区差异设置 (例如:申请号:CN201210180040, DE102005025026) 、模具中冷却结构和加热结构的结合设置 (例如:申请号:KR20120018687, CN201320597097) 、模具材质的分区差异设置 (例如:申请号:DE102009043926, CN200910258698) 和模具运行方式结构差异设置 (例如:申请号:DE102010027554, CN201410042972) 。

3 结语

目前, 专利技术中主要从加热成型工序和冷却成型工序两个方向对热冲压成型变强度钢板进行研究, 并且加热成型工序和冷却成型工序, 均结合钢板的热处理及其带来的钢的组织变化原理, 设计出多种对应的成型工艺方式, 而钢板本身的材质也是影响钢板性能的重要因素, 因此, 将钢板的元素组成结合于热冲压成型工艺, 以制备性能更优的变强度钢板制件是本领域中的重要研究方向。

参考文献

高强板门槛部品的冲压成型研究 第2篇

【关键词】高强板；CAE；回弹补偿；多段整形结构

随着轿车的大众化发展，使地球环境、能燃问题变得日益突出，要求轿车厂家节省能源降低油耗的呼声越来越大，而作为轿车节省能源降低油耗的一种有效办法就是在满足基本要求的情况下降低轿车自重。目前世界各大轿车主机厂，都在想尽一切办法展开轻量化研究，轿车的平均自重已从上世纪的2.2吨降低到1.6吨，其主要手段为：车身部件塑胶化，大量使用高强减薄板，激光拼焊板，发动机用铝合金材料等等。在一系列的措施中，有一个重要手段就是大量使用高强度板，因为用高强度钢材所制造的车身可以得到更薄和更轻的结构，使车身重量减轻达25%以上。高强钢板材料还有另一大好处，也就是让汽车在碰撞测试中得到更高的分数。另外，通过国外专业厂家的研究结果发现：仅仅减轻车身重量就能节省约5%的燃油，而且在降低车身重量的同时，还可有效减轻刹车系统的负荷，提高发动机效能。

通常车身使用高强度板的部位为A柱、井字形结构的地板支架、B柱及车身前部的侧车架，分别使用了拉伸强度为980MPa、780MPa、590MPa及440MPa的高强度板。据统计，国内轿车主机厂高强度板在整车钢板材料的比率已达15%，部分主机厂的部分车型甚至达到40%之多，而且有进一步加大的趋势。

综上所述，高强钢板是轿车最好的节能降耗材料，但是高强钢板的缺点是成型性能不好，贴模性差，以及回弹严重。要使高强板材料部件的形状与车体其他部件的形状相匹配，是相当困难的，因此高强板材料部件的制作工艺较复杂、模具制作和调试费用也非常高。目前，高强钢板材料成型工艺研究一直是国内外行业的研究方向，国内模具厂家更是不遗余力的开展相关研究，以期在此激烈的竞争中，占据制高点。

1.产品分析

1.1产品介绍

门槛部件，是构成车体车身的主要受力和防撞部件，是保证车厢安全不可或缺的重要部件之一。部件与车身安装方式为：点焊装配，要求焊接配合平面精度为±0.5，平面度≤0.5，安装孔孔径精度为±0.15，孔位置度公差为±0.5。材料：SP783-980，厚度：1.6mm。部品属于高强板产品。

图1 某车型980Mpa的门槛部件

1.2工艺选择

欧美国家和日本对此类高强板部件的成型工艺研究较为成熟，已将一系列的研究成果转化到实际生产中去，目前较为新型的成型工艺的有两种：一是辊压成形，主要针对条形制件；另一种是热成型法，主要应用于形状较复杂的制件。在国内，大多还是采用较传统的冷冲压成型工艺。

各成型工艺的特点：

（1）辊压成形对应部件的形状要求较高，通常是杆状，条状形状规则，如果形状稍复杂 此工艺无法实现。

（2）热成型法对专用设备依赖性较高，制造成本高，在没有大批量作为前提下不利于组织生产。

（3）传统冷冲压模具结构相对简单，但尺寸稳定性受材料的品质影响较大，调试周期较长，调试成本较高。

因为目前国内的热成型冲压技术还不成熟，该部品属于形状较复杂的制件，所以我司最终采用冷冲压成型，冲压工艺为： 落料冲孔→成型 →整形→冲孔侧冲孔。

1.3材料分析

通过金相显微分析法，利用金相显微镜研究高强板材料的铁碳成分。

利用万能拉力试验机，对高强板材料进行拉力测试，研究屈服应力曲线。

1.4回弹分析

根据成型工艺，首先制作理论的成型工艺面，参照试验分析的材料性能参数，利用CAE软件，对部品的冷冲压成型工艺进行计算机模拟，通过模拟结果与理论数模型面对比，在特定截面上测量偏差值，得到成型回弹曲线。然后根据回弹量，制作回弹补偿工艺数模，再次进行CAE模拟，对比偏差。最终经过多次循环，直到偏差值在允许范围内（≤0.5），即得到最终的回弹补偿面，后续可展开模具加工工作。

部品截面坐标

图2 成型回弹曲线

2.模具设计

2.1成型工序

成型工序——使用最终的回弹补偿面加工成型镶件，镶件采用分块设计，部品成型面需要TD处理。

工作原理：

（1）顶出器镶件不动，由气顶力支撑，凸模镶件开始下压，完成部品的底面成型。

（2）上模克服机床气顶力，顶出器随之向下运动，材料进入凹模腔，完成侧面成型。

2.2整形工序

整形工序——采用侧整结构设计，校正成型后的型面偏差，部品整形面需要TD处理。

工作原理：

（1）压件器下降，利用氮气弹簧产生压力，完全压紧部件。

（2）上模板继续下降，左右斜楔接触下模导轨，发生运动方向转化，完成侧面整形。

（3）左右斜楔调整块，采用分段式设计，可根据各段不同的回弹变形量调整型面。

3.结论

高强板冲压成型研究，一直是我司近年来的重点科研项目，通过此类门槛部品的冲压成型研究，我司展开了与国内外知名钢厂的合作，不断积累高强板的化学成分及机械性能参数，后期利用CAE模拟分析和工艺调试验证，逐步建立企业内部的专家数据库。同时生产中我们还借助光电子感应设备，实现对冲压成形过程的自动监控及失稳机理分析，以保证产品的品质精度。

据统计，我司高强板门槛部品的全工装开发周期为6个月，比以往同类产品的开发周期缩短30%，产品关键尺寸精度最高达到±0.4mm；产品制程能力指数CPK≥1.33，完全满足客户品质要求。整体开发费用为行业常规的65%。

此冲压成型研究成果可以广泛应用于高强板模具开发中去，将给我国的模具行业创造巨大的市场价值和社会价值，并对我国高强板材料成型工艺的研究和模具技术的整体提升，起到积极的促进作用。

【参考文献】

[1]周岁华.汽车冲压材料的合理选择[J].汽车工艺与材料，2005（12）.

[2]李硕本等编著.冲压工艺理论与新技术[M].北京：机械工业出版社，2002，11.

[3]王孝培主编.冲压手册（修订本）[M].北京：机械工业出版社，1990.

不锈钢城轨车辆冲压成型工艺 第3篇

目前轨道交通行业的不锈钢成型工艺主要包括: 折弯成型、拉弯成型、模具拉深成型、辊轧成型等,下面主要介绍折弯成型、拉弯成型和拉深成型3种工艺。

1折弯成型工艺

折弯成型是冲压零件成型中最常用到的一种方法,是将板材、型材或管材等弯成一定曲度和角度, 形成一定零件形状的工序。折弯成型工艺原理如图1所示。

1.1折弯成型展开料的计算

普通薄板不锈钢、不锈铁如0Cr18Ni9等的展开料计算按照加减料厚的方法即可,厚板大于标准圆角半径R的零件展开料按照中性层计算。

SUS30L系列材料的零件展开料计算按照日本的计算标准执行,具体算法如表1所示。薄板大圆弧件按理论计算方法计算。

/mm

1.2折弯成型的缺点及解决方法

受操作人员技术水平的影响,折弯工艺生产出的产品公差较大,一致性较差,尺寸大小不稳定且互换性较差,所以提高操作者的操作能力是提高折弯成型质量的关键因素。零件在折弯时经常出现压痕、拉伤问题,特别是表面件,折弯压痕成了制约料件质量的重大瓶颈,板材越厚,材料越软表现得越突出。由于不锈钢本身特性,与折弯机下胎的摩擦力大,成型特别困难,表面存在拉伤,同时影响折弯胎的使用寿命。所以无压痕折弯是冲压工艺一直在努力实现的一个方向,国外有些厂家是通过圆柱无压痕折弯胎来实现的,但这种折弯胎制作成本高。目前最常用的方法是加工厚板料件时用2件薄的角铁垫在V形槽的两侧,加工薄板件时用8层塑料布垫在下模上面,这样加工出来的零件就可以避免压痕的出现。

2拉弯成型工艺

拉弯成型就是把金属板材、管材和型材弯曲成一定曲率、形状和尺寸的工件的冲压成型工艺。

型材拉弯成型技术是车体钢结构中车顶弯梁、 侧柱等主要结构件生产的关键技术,直接决定这些构件的成型精度和产品质量。但是型材拉弯成型工艺的技术难度大,成型缺陷多,单件成型质量不好控制,从而影响车体车身的制造质量。因此,研究型材的拉弯成型技术,解决拉弯件成型中的各种缺陷问题,对于提高车体拉弯件的成型精度和质量,提高城轨车辆的产品质量和整体制造水平是非常有意义的。不锈钢型材拉弯成型主要追求2个目标: ( 1) 确保制品整体外形轮廓尺寸精度高,也就是回弹量要小; ( 2) 确保弯曲截面畸变小,也就是截面凹陷、 隆起、起皱、扭曲等变形量要小,拉伸面变薄量要小, 更不能出现截面断裂现象。

2.1拉弯成型工艺流程

拉弯成型工艺流程为: 预拉紧→弯曲成型→补拉定形。第1步: 拉伸缸施加预拉力把型材拉伸到屈服极限状态; 第2步: 型材在拉紧状态下通过摇臂的旋转进行弯曲成型; 第3步: 拉伸缸施加补拉力进行定型,补拉过程采用位置控制( 延伸率控制) 方式,如图2所示。预拉伸控制和终拉伸控制能在极小位移变化状态下,监控拉弯力的变化,以保证拉弯件的精度。

2.2拉弯成型工艺模拟研究

在以往的生产过程中,拉弯工艺参数主要是通过操作者生产经验及不断的试错来确定的,此种方法时间长,成本高,而且精度难以控制,最终的工艺参数还需要人工校核才能确定。随着计算机技术的不断革新,特别是CAD/CAE技术的不断发展,拉弯工艺参数可以通过计算机仿真模拟来确定。

目前冲压用的拉弯模拟软件是PS2F。该软件具有拉弯工艺模拟优化、模具设计、坯料计算和自动生成拉弯成型控制程序等功能。利用PS2F软件模拟不锈钢车顶弯梁等件的拉弯,可以直观地看到成型过程中的各项参数变化,通过在软件中修正这些参数即可得到高精度成型的拉弯件,可大大减少传统工艺中的修模次数,节省人力物力,提高生产效率,降低生产成本。图3所示为不锈钢车辆车顶弯梁拉弯过程,图4所示为车顶弯梁拉弯成型的成品。

2.3拉弯成型调修工艺研究

就目前的拉弯成型工艺而言,成型后或多或少都会有一定的缺陷、回弹和扭曲,所以调修工艺成了解决拉弯后成型问题的重要手段,目前的主要调修方法是靠制作调修胎、调修样板和手工木槌调修,角型弯梁调修前的状态为: 中间大圆弧处缝隙为5 mm左右,两端大圆弧处缝隙达7 ~ 8 mm,经过调修后缝隙在0. 5 mm左右,完全达到工艺要求,图5是立柱调修前后状态对比。

2.4影响拉弯成型质量的因素

影响拉弯质量的主要因素包括原料质量、工艺参数、设备性能等,在拉弯生产过程中要对影响质量的各项因素实施控制。其中,选择合适的加工参数是拉弯成型工艺的关键,影响拉弯成型质量的主要工艺参数有拉弯过程中的拉伸力、变形量、模具变化等。拉弯断裂、截面尺寸变形量过大是实际生产过程中首先要考虑的2个拉弯工艺参数。选择拉弯工艺参数的重要依据之一就是要尽量减小弹性恢复量,回弹量的确定以往主要是依靠多年的生产经验及不断的试错来解决,随着计算机辅助技术的发展, 在软件环境下通过修改模具的型面即可调整回弹量。在实际生产过程中,要根据产品要求制订选择标准,分别进行评价,确保原材料各项性能指标能满足生产需要,然后再考虑价格。对型材拉弯生产过程要进行重点控制。工艺文件的编制,应当根据配方配比、混料工艺、挤出工艺等进行合理的规定。

3模具拉深成型工艺

拉深是利用拉深模具将平板毛坯压制成各种开口空心工件的一种成型工艺。用拉深工艺可以制得筒形、阶梯型、球形、锥形、抛物线型等旋转体零件, 图6所示为拉深成型的示意图。

1—压边圈; 2—凸模; 3—毛坯; 4—凹模。

3.1拉深变形过程分析

( 1) 凹模口凸缘部分。这部分材料在径向拉应力和切向压应力的共同作用下,材料发生塑性变形而逐渐进入凹模[1]。

( 2) 凹模圆角部分。这部分材料除了上述区域那样为径向拉应力和切向压应力以外,还承受凹模圆角处的压力、摩擦力和弯曲作用而产生的压应力, 这是一个过渡区。

( 3) 筒壁部分。这部分材料已经成为筒形,材料不会有大的变形。

( 4) 凸模圆角部分。这部分材料承受着凸模圆角作用的径向和切向拉应力。还承受凸模圆角的压力和弯曲作用在厚度方向上的压应力。

( 5) 筒底部分。材料在拉深过程中保持平坦, 不产生大的变形,只是由于凸模拉伸力的作用,材料承受双向拉应力而略为变薄。

3.2废品产生原因和解决措施

拉弯成型工艺废品的产生形式有很多,表2主要分析开裂、起皱和变薄现象。

4结束语

BH340冲压成型的数值模拟分析 第4篇

前后梁是比较典型的汽车冲压件, 本课题选择前后梁作为研究梁类汽车冲压件的冲压成型过程的实例, 以冷轧高强度钢板BH340作为成型前后梁的材料, 使用Dynaform有限元软件对前后梁冲压成型过程进行数值模拟分析。模拟时采用不同压边力、冲压速度、摩擦系数等工艺参数, 分析参数对成型性的影响。

1 前后梁的建模

本课题先在DYNAFORM界面做出前后梁实体模型。该零件板料取为0.9mm厚的BH340高强度钢。生产工艺路线为冲裁、拉深、冲孔、切边、整形等数道工序, 其中拉深是本课题研究的关键成型步骤。

选择Tool|Analysis Setup菜单项, 默认单位系统是长度单位为mm (毫米) , 力单位为N (牛顿) , 时间单位为SEC (秒) , 质量单位为TON (吨) 。成形类型为单动 (Single action) , 默认的毛坯和所有接触界面类型为单面接触 (From One Way S.to S.) 。默认的冲压方向是Z。接触间隙为毛坯厚度1.0mm。

选择TOOL MESH (工具网格划分) 参数设置为缺省值。

根据生成的毛坯轮廓生成毛坯并采用四边形网格进行网格划分, 共划分5152个单元。然后进行填充内孔、模型边界检查、锁模检查和法向一致性检查等一系列的网格划分的合理性检查。

在菜单项中定义PUNCH (凸摸) 、DIE (凹摸) 、BINDER (压边圈) , 从前后梁拉深模具装配图, 可以看出自上而下分别是凸模、毛坯、压料面和凹模。

2 高强度钢板BH340冲压模拟结果

2.1 高强度钢板BH340冲压模拟结果

下面模拟板料为0.9mm的BH340高强度钢的拉深成形情况, 模拟结果如图1。图1结果表明板料有严重的起皱和破裂倾向, 在下弯处还产生了破裂。因为这个部位过渡相对比较尖锐, 板料在此经过弯曲反弯曲变形后, 容易使板料所受应力超过了板料本身的抗拉极限而出现破裂。同时, 压边力设置过大, 限制了板料的流入, 加剧了裂纹产生的倾向。为了解决成形时破裂的缺陷, 可以减小板料流入凹模时的阻力。那么减小板料尺寸、增加凹模圆角半径, 减小凹模摩擦系数和减小压边力等都是有效的措施。

2.2 修改参数后BH340冲压模拟结果

将参数设为:工具虚拟行程速度:5000 mm/s, 压边力设为600k N, 其模拟结果和修改前比较已经消除了破裂缺陷。如图2所示。

将修改参数后模拟结果和修改前比较发现已经消除了破裂缺陷。在拉深成形过程中, 压边力主要控制板料的流动, 增加坯料的拉应力, 避免起皱的产生。压边力太大, 拉深板料有破裂的危险;压边力过小, 板料流动太快, 拉深时会起皱。故在确定拉深工艺时, 压边力应在保持既不起皱又不破裂的范围内。

3 结论

本课题通过模拟结果得出:用高强度钢BH340作为成型汽车冲压件, 通过反复修改冲头速度和压边圈压力的大小来优化工艺参数后, 高强度钢表现出了良好的成型性, 并且所成型零件的厚度分布均匀性得到改善, 但成型时压边力需要减小从而降低了开裂倾向。

摘要：本文针对一汽生产的CA1092中型卡车, 建立其前后梁的冲压模型, 应用dynaform的数值模拟技术对高强度钢板BH340的成形性能进行了研究, 在反复修改冲头冲压速度和压边圈压力工艺参数优化后, 高强度钢BH340表现出了良好的成型性, 并且所成型零件的厚度分布均匀性得到改善, 同时通过本文相关模拟分析可发现高强度钢BH340成型时压边圈的压力需要减小以降低开裂倾向。

关键词：汽车前后梁,dynaform,数值模拟技术,高强度钢板

参考文献

[1]康永林.国外汽车用钢板开发新进展.宝钢技术, 1999, (1) :3~5

车身冲压件的成型性与设计探究 第5篇

关键词：冲压,车身覆盖件,机械压力机

近年来随着车身冲压件和自动化装置的控制水平提高, 所出现的冲压线同步控制技术大大提升了整线的循环节拍。同步运动控制是由伺服驱动技术延伸发展而来的, 利用伺服驱动器驱动伺服电机并采集反馈信号到驱动器的核心控制单元实现高动态响应的运动控制, 从而将压力机动作与车身自动化装置的动作按照反馈信号进行解算, 从而将下料化装置、上料装置按照主从关系插入压力机滑块的位置和速度中, 并使整线的自动化装置和压力机顺次协同动作。

1 车身零件材料选择

车身材料的选用原则有使用性、工艺性和经济性三个要求。使用性要求材料能满足安全法规要求, 并且在产品寿命内不发生各种失效;工艺性要求材料适合加工它能减少生产浪费和预防产品质量缺陷;经济性要求材料成本和加工成本较低, 成本是企业发展中必须考虑的问题, 成本的优势往往会带来企业竞争优势。钢材是汽车上应用最广泛的材料, 它塑性良好, 易于加工和回收, 适合冷冲压加工和大批量生产, 是制造白车身的首选材料。车身钢板分为冷连轧低碳钢板、烘烤硬化钢、表面处理钢板和双相高强度钢等系列, 各个系列钢板有其不同特点, 设计时应按上述三个原则选用车身材料。冷连轧低碳钢板成型性好, 且价格较低, 常用于非受力零件和侧围外板;烘烤硬化钢冷冲压时屈服点较低, 经过烘烤后提高材料屈服点, 具有较好的抗凹陷性, 常用于车门外板和外板;双相高强度钢屈强比低, 碰撞性能良好, 常用于汽车防撞结构和加强件等受力零件, 在增加强度的同时还能减重, 在车身轻量化工程中应用前景广阔。

2 车身冲压件加工工艺分析

2.1 车身冲压件工艺方案

车身侧墙板和车底板均是多块厚度在3 mm以下薄板拼接而成的, 从制造工艺过程来看, 下料时剪切的尺寸精度和生产效率是这类零件必须解决的问题, 为后期实施自动化对接焊等做好必要的准备。若板料剪切后仍需进行切割或者冲压加工的汽车配件, 只需在普通剪板机上进行剪切, 但这样加工后的毛坯板件不能满足剪边的直线度和尺寸要求。对于后续需对接拼焊的汽车配件, 剪切边缘的直线度和板件的对角线尺寸误差均达不到要求。大面积的汽车薄板零件侧墙和底板的拼焊的工艺在工厂一般有纵向的带张拉的电弧焊和横向薄带电阻焊两种。采用横向电阻缝焊工艺对大面积的汽车薄板零件进行拼焊可行性更强。要达到上述的剪切工艺, 目前工厂内国产的薄板拼焊配套的剪板机是不能满足要求的。因此需要采用数控剪切中心、数控精密剪板机等精密设备, 这类设备全切口范围内剪切精度可保证在0.12 mm以内, 剪切直线度可达到0.03 mm, 完全可满足汽车板件需大面积对接拼焊对剪切下料的要求。

2.2 车身冲压件工艺优化

冲压件是白车身的基本组成单元, 它的尺寸精度和表面质量有严格要求, 为防止回弹、提高刚度和降低震动, 冲压件上需要设计一些加强筋或起伏成型结构, 但生产中容易发生起皱、拉毛甚至开裂等质量缺陷。冲压工艺性和零件形状、板料成型性、成型表面摩擦系数和成型时间四个要素有关, 改善这四个要素理论上都可以提高工艺性, 但由于后两种方法影响生产效率, 一般优先采用前两种方法。优化零件形状是指通过CAE工程分析将冲压风险明朗化, 对有风险的零件作结构优化, 常用的CAE软件有AUTOFORM和ANSYS, 利用软件分析优化零件形状, 可以不改变冲压条件就提高工艺性, 是最经济的办法;若优化形状无法完全解决成型风险, 此时可选用强度相近、成型性更好的材料代替, 由于材料成型性越好价格越贵, 一般不作为首选方案。设计上应注意两点:一是选择焊接板材的厚度要合适, 厚度一般在0.7~3.5 mm之间, 太薄了容易焊穿, 太厚了则容易虚焊;二是焊接所必需的空间要预留充分, 如在预留焊接翻边的宽度时, 一般不小于12 mm, 否则在焊接时会发生焊枪碰零件侧壁引起电流分流, 从而导致虚焊, 或因焊接位置不足导致半点焊。解决好这两点对保证焊点强度有重要意义。

3 车身本体总成的分解设计

3.1 外板设计

外板设计之前要考虑汽车造型, 汽车造型是造型艺术与工程技术的有机结合, 它将美学融入设计, 前期由造型工程师绘制效果图, 再制作模型, 后由企业领导层审批定型。外板在不修改汽车造型的基础上进行设计, 结构上增加与内板联接及必要的定位孔, 联接方式上用外板对内板包边, 既起到联接作用又有利于防水。为提高冲压工艺性, 增加抗变形能力, 外板材料推荐用抗凹陷性良好的烘烤硬化钢B180H1。

3.2 内板设计

内板的作用有两种。一是功能作用, 内板一般布置多条加强筋, 以增加刚度, 并开工艺切口减重;二是载体作用, 内板是连接外板、锁扣固定板总成、铰链固定板总成和撑杆固定支架的焊装载体, 还是隔热垫、密封条和缓冲块的装配载体。通过总成的案例可以看出, 自上而下的设计能避免思路混乱而产生不必要的麻烦, 提高设计效率, 缩短产品开发周期。总成的相对直观, 车身上有很多比复杂的总成, 如地板总成、侧围总成等, 分解设计的方法也适用于这些复杂总成。

4 结语

随着近几年汽车制造业的飞速发展, 车身冲压件的加工成为现代汽车冲压工厂的常规加工零部件。作者在长期从事国内主要汽车冲压工厂的设计时, 收集整理了冲压生产设备的性能以及优缺点, 通过对车身冲压件加工工艺的进一步分析, 重点阐述了车身本体总成的分解设计, 分别就外板设计和内板设计进行了简要的说明。本文涉及的冲压件只是车身内外板的设计, 对于较复杂的冲压件如车身外表面冲压件的设计, 除了考虑本文提及的冲压件要求之外, 更重要的是曲面要达到更高的要求, 设计较为复杂, 所以没有详细归纳出各个工艺参数对冲压性能的影响, 只有一个比较宽泛的认识, 后续工作将对一些成型更为复杂的冲压件进行仿真, 从而全面得到不同的工艺参数在冲压中起到的作用。

参考文献

[1]姚贵生.汽车金属材料应用手册 (上) [M].北京:北京理工大学出版社, 2009.

热冲压成型 第6篇

面对加工设备自动化程度的落后和技术工人缺乏的现状, 当前的批量型机加工行业迫切要求加工设备智能化、无人化。随着科学技术的发展与应用, 机械自动化的生产也成为必然趋势, 因此很多自动、半自动上、下料系统应运而生。现在自动化设备上较为常见的上、下料方式有两种: 1) 桁架机械手, 动作平稳性较高, 适合大批量生产;2) 机械手, 使用性较强, 可作为柔性制造基础单元［1］。这两种上、下料方式结构都相对比较复杂, 成本较高。于是开发适合各个生产加工业的经济型自动上、下料系统也应运而生。

钢管切割和冲压成型是钢锹生产工艺流程中的重要工序, 是将钢管坯料切割成所需尺寸的钢管, 再进行冲压得到冲压件, 然后完成一系列工序, 最终得到钢锹成品。一直以来钢管切割和冲压成型过程都是采用人工完成上、下料工作, 其生产效率低、生产成本高、安全性差。这些传统的操作方式, 严重制约了生产线向自动化、柔性化方向的发展。为此, 通过对钢管切割机和冲压机的分析, 对其自动上、下料机构进行了设计研究, 将切割与冲压二道工序内容系统考虑, 转变为一个自动化单元, 以达到节省作业时间和人力资源, 提高生产安全和效率的目的。

1 设计要求及设计参数

1. 1 设计要求

根据钢管切割与冲压成型生产线的工艺特点及切割设备、冲压设备机械结构, 按照厂家的要求及现场的生产条件, 自动上下料结构的设计应满足以下要求: 钢管坯料供给应实现自动上料; 自动上、下料的时间要控制在一定时间内完成; 上料机构所在的钢管坯料中心与切割机位置相适应; 整套上、下料机构与切割生产线、冲压生产线配合, 正常工作时不应人工干预。

1. 2 设计的主要技术参数

待切钢管最大长度为6 m, 切断后的钢管长度范围为0. 3 ~ 1 m, 切割长度误差控制在1 mm以内。

2 钢管切割与冲压成型自动上、下料机构总体方案

要实现钢管自动切割和自动冲压成型, 需要依次完成钢管坯料切割上料输送、钢管坯料切割过程中的长度控制、切割后的钢管输送到冲压成型设备、冲压成型上料等主要动作。在上料过程中, 首先把钢管坯料转移到切割上料输送工位, 再从切割上料输送工位转移到切割上料工位, 然后从切割上料工位转移到切割主机工作位置, 完成钢管切割; 然后, 当切割主机切割完成后, 切割下料输送机构把切割后钢管转移到冲压上料机构, 接着送入冲压机进行冲压。由于工作空间的分离, 上料与下料工作可以同时进行。这样可以使切割主机工作节奏紧凑, 也能节省整个切割循环时间, 从而可以大大提高钢管切割与冲压成型生产线和上、下料机构的工作效率。

2. 1 上下料机构

根据以上分析, 设计了图1 所示的自动上、下料机构。

由图1 可见, 自动上、下料机构主要有切割上料机构、切割传送机构、切割下料机构、冲压上料机构。

1) 切割上料机构 ( 送料装置1) : 由一台倾斜托架, 两个上下挡板构成。待切钢管被放入倾斜托架, 依靠自重下滑, 被挡板挡住, 通过控制挡板的上下运动来控制被切钢管依次进入滚轮中。

2) 切割传送机构: 主要由2 套滚轮装置完成钢管的传送工作, 还包括一个光电开关用于实现钢管的定位, 完成定长切割。钢管未被送入下滚轮槽中时, 上滚轮处于抬起状态, 进入下滚轮槽中后, 上滚轮放下并压紧钢管, 滚轮驱动带动钢管向切割机方向运动, 当光电开关感应到钢管到位后, 滚轮停止驱动, 切割机进行切割。

3) 切割下料机构 ( 送料装置2 ) : 此送料机构可设计一个送料机械手。在被切钢管定位停止运动的同时抓住钢管, 并通过运动将已切断钢管送入到冲压成型上料托架上。

4) 冲压上料机构 ( 送料装置3 与送料装置4 ) : 与切割上料机构相似, 主要有一台在切割机与冲压机间的倾斜托架和上下挡板构成, 还包括一台间歇往复式送料机构。已切断钢管被送入托架, 依靠自重下滑被挡板挡住, 当挡板向下运动时, 被切割钢管进入送料机构, 此时挡板向上运动阻挡下一根钢管的下滑。接着送料装置4 将已切断钢管送入冲压机内完成冲压成型。

2. 2 上下料工作流程

待切钢管放入托架1→待切钢管下滑→送料装置1下落→被切钢管落入下滚轮槽→送料装置1 向上运动、上滚轮下落→滚轮驱动→钢管定位→切割钢管→送料装置2 抓取钢管并送入托架2→已切断钢管下滑→送料装置3下落→送料装置4 推动已切断钢管进入冲压机→冲压成型。

3 钢管切割与冲压自动上、下料系统的实现

由于仪表技术与控制系统的快速发展, 原先依靠硬逻辑完成的自动化生产线, 现在依靠仪表检测技术与控制系统能够容易实现。并且根据生产需要, 通过增减检测仪表与改变软件程序方式, 都能实现功能的增加或减少, 具备了一定的柔性。钢管切割与冲压自动上、下料系统采用可编程控制技术, 可以使整个控制系统的可靠性和精度大大提高, 实现了自动控制。同时由于PLC具有易扩展性, 只需增加输入/ 输出接口模块就可以扩展原料配送系统的输送控制, 稳定性高, 不易受外界电磁的干扰。

3. 1PLC的结构及工作原理

PLC, 即可编程逻辑控制器, 它主要包括中央处理器、输出及输入单元、储存器、通信接口、扩展接口以及电源等元件。其中, 中央处理器是可编程逻辑控制器的核心部件, 在输入、输出设备以及中央处理器之间连接有输入单元以及输出单元, 与外部设置以及上位计算机等的连接是通过通信接口实现的。以各部件连接方式为主要依据, 可以将可编程逻辑控制器划分为整体式以及模块式两种类型。其中, 整体式PLC是将全部零部件集中安装于一个机壳中, 而模块式PLC则是对不同的零部件进行独立封装之后, 将其安装在导轨或者是机架上, 再借助总线实现相互间的连接［2］。

中央处理单元控制着相关运算以及整个系统, 对编程器、外设接口、I/O扩展接口以及I/O接口等的控制主要是借助地址总线、控制总线以及数据总线等实现的。可编程逻辑控制器对系统工作进行指挥的主要依据是系统程序, 在每个扫描周期中需要进行输入处理、程序执行、输出处理等工作, 此外还需要对相关外部设备发出的工作请求进行处理。

PLC的基本工作原理: PLC正常工作过程大致可以划分为输入采样、用户程序执行以及输出刷新等三大阶段, 此三个阶段构成一个扫描周期。在PLC的运行过程中, 其中央处理单元可以按照既定的速度对该三阶段进行重复执行。输入采样阶段, 主要是对输入映像区进行建立及更新。通过扫描, 可编程逻辑控制器对全部的输入状态以及相关数据进行读取, 之后在I/0 映像区对应的单元中对所读取的结果进行保存。完成输入采样操作之后, 便进入到用户程序执行阶段以及输出刷新阶段, 在这两个阶段中, 即便是改变输入状态以及相关数据, I/O映像区中对应单元的状态及数据也是保持不变的, 并不会随之发生变动。将输入端口关闭之后便进入程序执行阶段。用户程序执行阶段, 可编程逻辑控制器对用户程序进行扫描是按照从上到下、由左至右的顺序进行的, 在对各条梯形图进行扫描的过程中, 首先会对位于梯形图左部的由所有触点组成的控制线路进行扫描, 同时开展控制线路逻辑运算, 之后以所得到的逻辑运算结果为主要依据, 对系统RAM存储区中逻辑线圈对应的状态进行刷新, 并在元件映像区中输入所获得的相关结果。输出刷新阶段, 中央处理单元对相关的输出锁存电路进行刷新操作的主要依据是映像区中所对应的状态以及数据, 在此基础之上借助输出电路对相应的外设进行驱动。如果逻辑变量在一个完整的扫描周期中并未发生任何状态上的改变, 该周期所输出的信息就与上一周期输出的周期之间就没有任何区别, 从而相对应的元件状态也会保持不变。

3. 2基于PLC的钢管切割与冲压成型自动上、下料系统的实现

文中所述的钢管切割与冲压成型自动上、下料系统的控制系统以可编程序控制器 ( PLC) 为中心。PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。PLC的选型需要考虑到I/O、存储容量、定位控制功能、串行通讯功能及以太网功能等。其次还要考虑到电气设计人员的熟练度, PLC性价比等因素。

上料机构中的上下挡板、往复式送料装置以及下料机构都是由PLC通过控制气缸的上下运动实现; 传送机构由PLC控制电机实现; 切割机通过PLC控制其动作开关实现切割进给功能。整个系统配上若干个位置检测传感器, 最终完成整个系统的控制。结合整个上、下料系统, 控制功能及输入输出点数等, 可以确定适合的PLC型号以及完成PLC系统的硬件、软件设计。

系统中使用触摸屏作为人机交互界面, 与PLC进行必要原始数据的输入, 如钢管切割长度。在触摸屏上进行自动上下料系统的单步运行、手动运行、自动运行等工作方式界面的转换与操作, 还可以方便的进行试验参数的修改与设置, 实现人机交互功能。

4 结语

分析了钢管切割主机以及冲压机对自动上、下料机构的工作要求, 可以利用的工作空间以及钢管切割与冲压成型生产线的工作环境, 确定了自动上、下料机构的总体设计方案。设计的自动上、下料系统采用PLC - 人机界面的控制方式, 实现了钢管切割和冲压成型的自动化上、下料。该自动上、下料系统是钢锹全自动生产线的关键组成部分, 从上料、切割、下料到冲压一气呵成, 实现了钢锹的自动化生产线加工。

摘要：研究了实现钢锹生产过程中钢管的切割和冲压成型自动化而设计的一套自动上、下料机构, 介绍了该系统的构成和工作原理, 该系统采用PLC-人机界面的控制方式, 实现上、下料的自动化, 节约了人工成本, 提高了生产效率。

关键词：钢管切割,冲压成型,上下料,自动化,PLC

参考文献

[1]袁平, 袁钢, 杜勇奕, 等.经济型上下料系统在数控车床上的应用[J].考试周刊, 2012, (54) :118-119.

[2]薛迎成.PLC与触摸屏控制技术[M].北京:中国电力出版社.2008.

[3]范文利, 李凡冰, 陈继文, 等.PLC在气门自动上下料系统中的应用[J].机电产品开发与创新, 2008, 21 (1) :141-142.

[4]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社.2009..

[5]南雷英, 戚春晓, 孙友松.冲压生产自动送料技术的现状与发展概况[J].锻压装备与制造技术, 2006, 41 (2) :18-21.

热冲压成型 第7篇

在蜂窝煤成型机的设计过程中, 电动机的容量的选择是根据工作轴提供的转矩和功率决定的。如下图所示为冲压式蜂窝煤成型机机构简图。

电动机功率首先输出到带传动机构上, 再分别通过两级齿轮机构将功率输出到工作轴即冲头上。

一、冲压式蜂窝煤成型机各机构所需功率的确定

我们设成型机冲头转速为30r/min, 冲头的瞬时冲压力为70000N, 冲头的平均速度v=0.12m/s, 则冲头所需的功率为

传送带功率:P带=Fv=µfv N=0.60.4100.38=5.76W

µ;煤块与传送带之间的摩擦系数

v;传送带速度

N;传送带上的煤块数目

f;煤块自重

工作台的功率 (槽轮机构实现传动) :

二、电动机类型的选择

Y系列电机为笼型转子异步电动机。防护等级为IP44, 冷却方法为IC411。适用于驱动无特殊要求的各种机械设备, 如:机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。具有高效、节能、噪声低、振动小、重量轻、性能可靠、安装维修方便等优点。

由于Y系列的电机具有的以上优点, 在选择电机类型时选择Y系列电机。

三、电动机功率的确定

所需电动机的功率:

ηa:由电动机至工作轴的传动总效率

查《机械设计手册》可得:ηa=η1η2η3η4...

对于V带传动:η带=96.096

对于8级精度的一般齿轮传动:η齿轮=.09898

对于一对滚动轴承:η轴承=.0999

对于弹性联轴器:η联轴器=.0999

对于槽轮机构:η槽轮=90.090

工作机的磨损效率为:η=0.9

由于传动路线一共有三条:工作台, 冲头, 传送带, 则:

ηa=η工作台+η冲头+η传送带

电机轴功率:

四、电动机转速的选择

查《机械设计手册》, 查出额定功率为11k W的电动机型号, 整理如下图。

参考文献

[1]陈秀宁、施高义.机械设计课程设计[M].浙江大学出版社.2010 (11)

高速热冲压液压机的研制 第8篇

汽车轻量化的研究是现代汽车设计制造的一大主流。节能、环保、安全和舒适是汽车工业发展的总趋势。减小汽车自身质量是汽车降低燃油消耗及减少排放的最有效措施之一,但同时,汽车减重对安全性会带来很大影响。如何设计和制造既节能、又安全的车,是国际汽车设计和制造业不断追求的目标。高强度材料的应用是目前轿车车身轻量化技术的一条普遍途径。如北美开发的PNG V-Class级轿车,其车身全部采用高强度钢板,质量只有218kg,与全铝车身相当。用高强度钢板成形件来制造车身结构件,即可以减轻车体重量,又能提高安全性,是同时实现车体轻量化和提高碰撞安全性的最好途径。事实上,高强度钢已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料,它在抗碰撞性能、耐蚀性能和成本方面较其他材料仍具有较大的优势。

高强度钢板在常温下冷成形,其最大的难度是回弹量大,难以控制,成形性差、容易破裂。为了解决这些问题,近年来,发源于欧洲的高强度钢板热成形技术受到工业界关注。目前,国外技术和装备生产线处于严格的保密状态,生产厂家以高昂的价格销售和对外垄断。热成形工艺的技术优势是:能够成形强度高达1500MPa的零件,可组焊成高强度驾乘单元,承受60k N以上的静压而不损;在高温下,材料塑性、成形性好,能一次成形复杂的冲压件;冷冲压中需要多套模具多次成形的冲压件可用热成形工艺一次成形;可以减少模具数量和成形工序;在高温下的成形能大大消除回弹影响,零件精度高,成形质量好。

由于该项技术需要在成形的同时,给予足够的冷却速度进行淬火,因而对设备和模具都有特定要求。目前热冲压技术和装备生产线制造技术被几家国外公司垄断,设备十分昂贵。国内仅有很少数厂家在高档轿车上采购这种高强度冲压件,远远满足不了国内汽车行业的市场需要。基于国内汽车制造业的实际需求,合肥锻压根据需要,开发研制了HSHP系列高速液压机,专门用于汽车用高强度钢板的生产。该机的各项技术参数均已达到国际先进水平,远远超过国内同行业的技术水平。该产品的研制成功,改变了我国目前落后的高强度钢板热冲压成形设备的现状,也将提高我国热冲压成形工艺的技术水平,为我国研究热冲压成形工艺提供了先进的生产加工设备,对我国的汽车制造业具有极其重要的意义。

1 总体设计方案

由于该种液压机应用于热冲压成形工艺,成形工艺特殊,要求高,结合国外同行业热冲压成形设备的特点,对本产品提出了较高的要求,要求其电气控制采用工业控制计算机加PLC联合控制,并可以调节速度、压力和位移等参数,因此在设计方案制定中,液压系统采用了最先进的比例插件闭环控制技术,针对压机的特点对产品的结构和液压系统进一步改进,充分发挥了比例控制技术的柔性,按工艺要求作出了设备的技术方案,并经过有关专家和用户的反复论证。具体技术方案如下:

(1)机身。机身采用分体框架式结构,上横梁、下横梁、四根立柱通过拉杆紧固并通过预紧装置预紧。机身主要结构件的设计均采用有限元进行分析,确保整机刚性。

(2)滑块。滑块采用斜楔式四角八面导轨导向,调整方便,调整精度高,调整后不易发生精度跑调现象,精度保持性好,抗偏载能力强。滑块侧导向要求采用低摩擦系数的耐磨材料,满足滑块高速运行的要求。滑块行程范围内位置指示采用了进口直线位移传感器,位置显示精度达到0.1mm。滑块导轨润滑采用可调稀油程控润滑,确保滑块高速安全运行。

(3)油缸。在油缸的结构设计和密封设计中充分考虑了加工能力及机器的超高速运行的苛刻要求,对结构进行了优化组合,确保系统的稳定运行。同时,油缸设计为三活塞缸结构形式,中间设置为平衡缸,满足高速回程速度的要求。

(4)液压系统。该机液压系统采用了先进的二通插装阀系统,设计了一套专用高速液压机液压系统,采用动态压力分级功能,工作压力分为三级压力,提高工作速度,同时压机装机功率不增加。压机采用了先进的压力检测、位置检测元件与特殊设计的液压系统有机组合在一起,通过工控机进行精密控制。

该机的主要技术参数如表1所示。

2 液压机的设计

该机整体如图1所示,为分体框架式结构,滑块导轨采用四角八面均可调式导轨,机床精度高,液压系统采用比例闭环控制,电气采用触摸屏与PLC组合进行控制。该机可实现对滑块位置预先设定,可以对工件压制过程中的压力、位置、温度、保压时间等参数进行记录保存和打印,具备故障诊断功能、液压支撑保险回路、过载保护、压力闭环控制回路、快速下降控制回路,同时具有压力分级功能,滑块平衡系统,可实现人机对话功能,很方便地在工控机的显示器上预置滑块的运行位置、运行速度、设定压力、选择保压方式、设定保压时间等技术参数,真正实现了数字化控制。

下面介绍该机的液压系统设计。高速热冲压液压机的液压系统设计首先需满足压机的高速工作运行速度,提高压机工作效率,但不能增加液压机的能耗。如何提高压机的工作效率成了本液压系统的关键所在。本液压原理包含以下几大技术创新点:

(1)动态压力分级功能。压力分级功能具有手动分级和动态自动分级两种功能,分为三级压力。例如本台8000k N的设备,分级可实现3000k N、5000k N、8000k N的压制力。(1)手动分级。根据工件需要的压制力,通过选择开关选择单缸工作、双缸工作、三缸工作。(2)动态压力分级。液压机在拉伸过程中,大部分行程时的拉伸力远小于设定的压力,只有在行程结束前几毫米才达到设定压力。所以在液压系统中采用分级加压技术,动态分级功能可大幅提高拉伸速度,减少拉伸工作时间。

(2)压机设置快速下降回路。由于压机的快降速度达到700mm/s以上,使用常规电磁换向阀控制插装阀很难实现,因为电磁换向阀或插装阀的打开和关闭均存在时间滞后问题,有的阀打开关闭会很慢,在压机高速运行过程中,很容易出现失控,从而对模具或压机造成伤害。所以在液压系统主缸下腔使用比例插装阀有效控制下腔的排油。比例插装阀即是用高频响比例阀控制插装阀打开关闭的开口大小,可以快速通过大流量的油液,同时打开关闭的反应时间非常快。此系统的使用,可以提高压机的快降速度,减小缓冲距离,减小上模快速接近的时间,快降速度可以调节。

(3)压机设置滑块平衡系统。由于压机的回程速度达到700mm/s以上,回程时需要的油流量很大,特别在压机主吨位不是很大的情况下,满足回程速度所需要的油流量可能是主泵系统的2~3倍,如果按照正常液压系统配置,压机的装机功率会增加2~3倍,使用厂家以后的用电量将会成倍增加。采用平衡回路,提高压机的回程速度,同时减少液压机的耗电量。此回路可节约电能10%~15%左右。

(4)电气控制系统。采用PLC+工控机联合控制方案,实现分散控制,集中管理。PLC采用日本公司的高性能控制器,指令执行速度为约0.3μs,CPU数据宽度为32位,完全能够满足高速度运行的系统要求。由于压机的速度非常快,要求配备的电气元件性能也非常高,位置检测需采用进口高性能位移传感器,反馈时间短,控制精度高。PLC置于机器现场,检测现场的各过程变量,控制液压系统的各开关阀,通过串口接受上位机指令,实现压机的各种工艺动作。

为了检测本设备的各项性能,在产品调试阶段,公司各部门联合对1台高速冲压液压机进行了测试,并同时测试了一台同规格的普通液压机,测试结果如表2所示。

由测试数据可以看出,高速冲压液压机和普通冲压液压机比较,空载时工作节拍提高了2.1倍,单次行程用电量减少了45%。根据不同工件,结合本次测试估算在实际工作中高速液压机的工作节拍应是普通液压机的1.7~2倍,单次冲压耗电量只是普通液压机的50%~70%。

3 结论

经过严格的现场测试,该机各项指标均达到技术协议要求,速度完全能够达到用户要求,现场调试压机运行平稳,无停顿和抖动等现象,用户非常满意。HSHP系列高速热冲压液压机的研制成功,不仅满足国内各种高强度钢板生产的需要,为国内汽车行业节能减排提供了基础设备,同时可以实现对制造过程进行实时监控,实现了国产液压机的计算机控制,实现了机电一体化方面突破性的发展,此项技术已转化到汽车零部件生产线中,利用机器人的传输以及高速压机的效率,使得整个生产线的节拍成倍提高,得到国内汽车生产厂家的认可。本项目水平已达到国际先进水平,填补了国内空白。

参考文献

[1]曹自立.40MN双动板冲液压机.锻压装备与制造技术,1993,(6).

[2]唐英千.锻压机械液压传动的设计基础[M].北京:机械工业出版社,1980.

[3]张维民.锻压手册.北京:机械工业出版社,2002.

[4]俞新陆.液压机的设计与应用.北京:机械工业出版社,2007.