汽車制造中沖壓工藝新發(fā)展

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:2581

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    汽車制造中有60%-70%的金屬零部件需經(jīng)塑性加工成形,沖壓加工是完成金屬塑性成形的一種重要手段,它是最基本、最傳統(tǒng)、最重要的金屬加工方法之一。如車身上的各種覆蓋件、車內(nèi)支撐件、結(jié)構(gòu)加強件,還有大量的汽車零部件,如發(fā)動機的排氣彎管及消聲器、空心凸輪軸、油底殼、發(fā)動機支架、框架結(jié)構(gòu)件、橫縱梁等等,都是經(jīng)沖壓成形技術(shù)正向精密、多功能、高效節(jié)能、安全清潔的生產(chǎn)方向發(fā)展,沖壓工件的制造工藝水平及質(zhì)量,在較大程度上對汽車制造質(zhì)量和成本有直接的影響。 所謂沖壓工藝性是指沖壓件對工藝品的適應(yīng)性,即所設(shè)計的沖壓件在尺寸大小、尺寸精度與基準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)形狀等是否符合沖壓加工的工藝要求。汽車沖壓件都應(yīng)具有良好的工藝品性和經(jīng)濟性,衡量其水平的重要標(biāo)志有沖壓件的工序數(shù)、車身總成的分塊數(shù)量和尺寸大小、沖壓件的結(jié)構(gòu)等因素。減少沖壓過程的工序數(shù),意味著減少沖壓件數(shù)、節(jié)省工裝數(shù)量、簡化沖壓過程的傳送裝置,縮減操作人員和沖壓占地面積,是節(jié)約投資額和能耗的極好措施,所以沖壓制造商都能把沖壓工序數(shù)設(shè)計作為降低汽車制造成本的重要途徑,甚至不惜改進產(chǎn)品設(shè)計來滿足制造工藝方面的要求。同時,還應(yīng)采用盡量大尺寸的合理的車身總成分塊,如整塊式車身左右側(cè)板及車頂蓋板,既可使汽車外形美觀?諝庾枇p少,又可減少沖壓件數(shù)量及焊點,能有效地降低成本(圖一)。而且現(xiàn)代汽車制造大量使用卷料、薄殼式整體車身結(jié)構(gòu)的高強度鋼板與鍍鋅鋼板,都要求應(yīng)用沖壓新工藝。
    現(xiàn)代沖壓成形發(fā)展和研究的重大課題包括有:(1)模塊式?jīng)_壓及其控制;(2)新材料及復(fù)合材料沖壓加工新工藝;(3)特種沖壓成形技術(shù);(4)計算機模擬沖壓成形及虛擬試模技術(shù);(5)模具制造技術(shù);(6)沖壓成形過程自動監(jiān)控及失穩(wěn)機理分析等項。
模塊式?jīng)_壓
    模塊式?jīng)_壓的突出優(yōu)點在于能把沖壓加工系統(tǒng)的柔性與高效生產(chǎn)有機的結(jié)合在一起。柔性的含義較廣,如沖壓件的幾何形狀的多種要求,只要通過自由編程就可獲得,體現(xiàn)了加工形狀的柔性。又如既適用大批量單品種沖壓件的生產(chǎn),更對小批量多品種加工發(fā)揮優(yōu)勢,也表現(xiàn)出柔性。概括而言,模塊式?jīng)_壓的持點是:(1)在沖壓成形過程中可快速更換組合模具以提高生產(chǎn)效率;(2)由于具有帶材的供帶和矯帶裝置,可省卻另設(shè)上料下料工序;(3)實現(xiàn)了大工件的不停機加工;(4)既能獨立又能成系列的控制組合沖模動作,能連續(xù)進行沖壓加工;(5)沖模具有可編和的柔性特點。
一種模塊式?jīng)_壓加工系統(tǒng)由一臺帶有控制功能模塊式冷沖壓的壓力機、卷材帶材送進裝軒、帶材矯正機及可編程進給裝置等構(gòu)成。這種沖壓系統(tǒng)在運行時可進行沖模橫向位移、帶材進給定位、沖模重復(fù)運行及自動調(diào)整下工步的沖模調(diào)整等多項功能。由于在沖壓過程中進行可編程沖壓,使這種模塊式?jīng)_壓系統(tǒng)能柔性地適應(yīng)生產(chǎn)需求,能在相同帶材上進行曲不同工件及批次的混合生產(chǎn),實現(xiàn)不停機的串接式加工,還同時在工件兩面沖壓加工,極大地提高了工作效率,有資料表明,模塊式?jīng)_壓成形使加工費用能下降至40%-50%。
    當(dāng)前模塊式?jīng)_壓裝置的集成度是很高的,在寬度為300MM尺寸范圍內(nèi)可安排達35個模具,通過沖模上端的頂板可對沖模進行獨立式系列控制,即形成沖模的集成控制。整個系統(tǒng)的可編程在WINDOWS用戶界面和菜單下實現(xiàn),編程涉及模具沿著橫向定位軸的伺服驅(qū)動定位,帶材的檢驗矯正及縱向進給定位,沖壓件的質(zhì)量跟蹤檢驗,沖模的調(diào)整及壓力機;狀況監(jiān)控等多功能。
    當(dāng)沖模重新配置或更換時,這些變化則會被參數(shù)并被控制系統(tǒng)所貯存,以務(wù)下次查詢和調(diào)用。沖模數(shù)據(jù)包括有沖頭及其組合標(biāo)記,沖頭組合在模具中的X、Y坐標(biāo)位置及模具軸編號等信息。圖三表明可編程的沖模系統(tǒng),圖中A為標(biāo)準(zhǔn)模具的橫向支承軸,可進行伺服動至沖壓區(qū),B為備有沖模的支承軸,C為備用軸,D為橙色卷式帶料正在進給。
亞毫米沖壓項目
    亞毫米沖壓"是指汽車車身沖壓件的精度控制在0-1.0MM的范圍內(nèi),與過去制造業(yè)通行的誤差2MM相比,是個非常大的提高。這是一個以提高沖壓質(zhì)量和制造技術(shù)為目標(biāo)的綜合項目。該項目與"2MM工程"都是90年代后期美國汽車界開展的大型研究項目。所謂"2MM工程就是把車知、身裝配尺寸變動量控制在2MM之內(nèi),大大嚴于原先的8MM誤差范圍。
    沖壓加工成形技術(shù)是影響汽車車身制造水平的關(guān)鍵因素之一,美國專家曾在一條汽車裝配線上對50多個個案進行實地分析表明,造成車身尺寸誤差變動的諸多原因中,沖壓件本身尺寸造成的積累誤差占23%,其主要原因是傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗和原有工藝基礎(chǔ)上低水平上的模具設(shè)計與制造。
    亞毫米沖壓的中心是沖壓件的精度與敏捷度兩個目標(biāo),精度就是使沖壓件尺寸準(zhǔn)確度控制在0毫米或亞毫米的水平,其關(guān)鍵是控制車身支架、立柱等結(jié)構(gòu)件的尺變動,并使車身覆蓋件分塊度大,如采用整體左右側(cè)板和頂蓋板等。敏捷度含義則是指減少沖壓件的生主準(zhǔn)備時間達30%,包括模具設(shè)計、試樣制造和工裝準(zhǔn)備時間,以達到極大縮短新車型制造周期的目的,該項目飲食有沖壓和裝配的集成設(shè)計、沖壓系統(tǒng)敏捷設(shè)計和制造、沖壓過程的智能檢測和監(jiān)控、全系統(tǒng)集成4個子項目。
    通過亞毫米沖壓項目的研究,使沖壓成形技術(shù)有了飛躍性的進展,其中包含有:(1)沖壓過程和部件裝配工藝的設(shè)計由基于經(jīng)驗和傳統(tǒng)工藝向科學(xué)和數(shù)據(jù)過程的轉(zhuǎn)化;(2)沖壓設(shè)計向CAD和模擬試模轉(zhuǎn)化,摒棄了傳統(tǒng)的嘗試法;(3)實施模具設(shè)計制造由過去串行方式向并行方式轉(zhuǎn)化;(4)實現(xiàn)了過程監(jiān)測和設(shè)備維護由被動響應(yīng)向科學(xué)預(yù)測式轉(zhuǎn)變。"2MM工程"和"亞毫米沖壓"兩項目現(xiàn)已先后完成 ,正在美國三大汽車制造公司推廣應(yīng)用,取得了許多有益的成果,沖壓成本大幅下降,獲得日益增長的經(jīng)濟效益的社會效益,并逐步向其他國家推廣應(yīng)用。
特種沖壓成形技術(shù)
    現(xiàn)代汽車沖壓件的技術(shù)要求朝著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分塊尺寸增大、相關(guān)邊的零部件較多、承載能力變大和內(nèi)應(yīng)力限制嚴格等方向發(fā)展。這要求并促進特種沖壓成形技術(shù)如液壓成形、精密成形、爆炸成形、旋壓成形、無模成形、激光成形和電磁成形技術(shù)的發(fā)展。限于本文篇幅,這里主要介紹內(nèi)壓成形和電磁成形兩項技術(shù)。
    現(xiàn)代汽車沖壓件的技術(shù)要求朝著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分塊尺寸增大、相關(guān)邊的零部件較多、承載能力變大和內(nèi)應(yīng)力限制嚴格等方向發(fā)展。這要求并促進特種沖壓成形技術(shù)如液壓成形、精密成形、爆炸成形、旋壓成形、無模成形、激光成形和電磁成形技術(shù)的發(fā)展。限于本文篇幅,這里主要介紹內(nèi)壓成形和電磁成形兩項技術(shù)。
    液壓式或注入彈性體式的成形技術(shù),其高壓形成過程一般包括:(1)有效介質(zhì)如冰的膨脹或彈性體壓入使內(nèi)部壓罰極慢增長的過程;(2)流體靜罰的骨高壓形成過程;(3)極端壓力如爆炸的動態(tài)過程等。介質(zhì)可以是無定形的固體、液體或氣體,在系統(tǒng)中介質(zhì)可依據(jù)要加工的形狀作任意變化,履行凸模功能,所以介質(zhì)可等同于一個萬能模具。圖四是板材超朔成形的例子,從圖中可見此時有效介質(zhì)變成凸模。
    液壓式內(nèi)高壓成形技術(shù)與其他沖壓成形技術(shù)相比,有幾項明顯優(yōu)點:(1)在成形過程中可一次加工出如車橋、頂蓋板、門框等大型復(fù)雜的三維幾何形狀的工件;(2)因為液體在成形過程中冷卻作用,使工件被"冷作強化",獲得比一般沖壓加工更高的工件強度,這使得允許采用更薄的板材,使工件更輕量化;(3)工件外表板面只與壓力液體接觸,加壓過程較平緩,零部件成形變化均勻,可獲得勻稱的壓力分布,并能獲得者好得多的平滑外表面;(4)液壓內(nèi)盛開有的沖模和工具費用可下降40%,特別降低了凸型零件加工的節(jié)拍時間較短,約為0.1-0.5MIN,這在特種成形工藝中是較短的,可實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
    利用通電線圈產(chǎn)生的電磁力的電磁成形工藝,是目前頗有前途的另一種新型加工手段。該工藝源于六十年代核裂變研究的成果,但可惜一直沒被人們注重。電磁成形工藝原理圖,當(dāng)線圈通入交流電時。數(shù)微秒內(nèi)建立起磁場,使金屬工件尤其是導(dǎo)電率強的銅鋁材質(zhì)感生出電流 ,感生出電流,感生電流又將受到磁場力作用,使工件產(chǎn)生張力與凹模吻合而迅速成形。當(dāng)線圈在工件內(nèi)時,電磁力將使工件外張成形,屬當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的一種工藝;當(dāng)線圈平面平行于板件放置時,電磁力將使工件拉伸成形。
電磁成形技術(shù)系一種非接觸成形工藝,其突出優(yōu)點一是加工成形迅速工效高,二是常用于金屬與非金屬的連接,可取代粘接或焊接;其三是不耗脯助材料如潤滑油脂等,有利環(huán)境保護。
沖壓過程自動監(jiān)控
    現(xiàn)代沖壓技術(shù)的另一個重要特點是對沖壓過程進行自動監(jiān)控以保護沖壓件的質(zhì)量。在亞毫米沖壓項目的自動檢測和監(jiān)控中,其研究成果就包括有:1.沖壓過程的特征分析在線傳診斷和檢測系統(tǒng);2.高速和非接觸的沖壓件測量系統(tǒng);3.沖模維護的科學(xué)預(yù)測系統(tǒng);4.沖壓成形關(guān)鍵參數(shù)的在線調(diào)節(jié)和補償系統(tǒng)等。
    沖壓過程引起工件質(zhì)量發(fā)生變化的原因主要有凹凸沖模的磨損、裂紋及沖模錯位等,這些微小變化可由高分辯率的位移轉(zhuǎn)感器和沖壓力轉(zhuǎn)感器進行跟蹤檢測。其中位移測量是極重要的一種測量,該裝置通常由安裝在模具上方的關(guān)源和位于下方的接收單元構(gòu)成,可監(jiān)視偏差、跟蹤加工全過程、及時輸出監(jiān)測信息和進行報警停機。
    一種在線沖壓的圖形處理系統(tǒng),是保證沖壓工件質(zhì)量的有效測試方法,它能進行二維幾何圖形的標(biāo)準(zhǔn)檢測,其項目有長度、直徑、平行度、角位、沖壓板材結(jié)構(gòu)及識別廢品等。圖形處理系統(tǒng)是由象儀、光學(xué)儀和照明裝置等組成,標(biāo)準(zhǔn)的CCD象儀的珊格分辯率為750X580條珊格,水平方向每珊格為0.026mm,垂直方向精度為0.009mm/珊格。
    監(jiān)視系統(tǒng)使用的位移及角度傳感器有光學(xué)式及電學(xué)式二種,前者有激光測試技術(shù)和模似光珊技術(shù)支持;后者有電感流式及介質(zhì)電容式,它們的測試精度分辯率都可達到1-10um級的水平。最適用沖壓技術(shù)的轉(zhuǎn)感器安裝方案是把多種轉(zhuǎn)感器集中裝于一塊傳感器板上,再把它精確地固定在模具接口處,即沖頭夾緊板上,利用傳感數(shù)據(jù)監(jiān)控沖壓全過程,并通過控制器得到及時處理,保證沖壓件的質(zhì)量。

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