一種汽車零件的精沖復合工藝研究

隨著人類社會的進步與發展，環境、安全等法律法規要求的加嚴，以及人們對生活品質要求的不斷提升，汽車在安全、品質、節能、環保等方面的要求也是越來越高。這些因素促使汽車零部件的加工工藝水平也要不斷提升，以滿足汽車零部件在結構、規格、性能等方面要求的提高。精沖作為汽車零部件加工的一種主要生產工藝，也越來越需要通過與其他工藝（拉深、鍛造、擠壓、折彎、機加工、焊接等）的復合，來滿足汽車零部件的生產需求。本文介紹了一種典型的汽車零件的加工工藝，其開發過程是根據客戶對產品的要求，最后選擇了精沖工藝+其他工藝的復合，來實現產品的穩定批量生產。

汽車零件結構分析

該汽車零件原來是由兩個零件復合而成，但對零件的加工工藝的要求很高，很難通過單一的加工工藝實現產品的批量生產，后采用一體式零件，如圖1所示。通過綜合考慮該汽車零件的結構特點，以及每種加工工藝的優點，最后確認該汽車零件采用成形毛坯+精沖+機加工的復合工藝。

原材料分析

圖1  汽車零件結構示意圖

該汽車零件可選用A和B兩種材料，兩種不同材料需要不同的工藝進行毛坯成形。從表1的材料性能可得出A材料適合鍛造的工藝進行毛坯成形，B材料適合拉深工藝進行毛坯成形。

表1  兩種材料的性能對比

兩種工藝加工成形的毛坯，后續都有相應的熱處理，以改善成形毛坯的加工性能，保證最后完成品精度的穩定，如表2所示。

表2  兩種毛坯成形工藝的對比

零件加工工藝

毛坯成形

選擇A材料加工時，原材料選用棒材，采用鍛造工藝實現毛坯成形，如圖2所示。

圖2  鍛造成形示意圖

選擇B材料加工時，原材料選用板材，采用拉深工藝實現毛坯成形，如圖3所示。

圖3  拉深成形示意圖

兩種毛坯成形工藝，鍛造件精度低，后續切削余量大，材料利用率低，成本偏高，且鍛造工藝消耗能源大；拉深件對材料性能要求較高，材料利用率高，拉深加工效率高，成本更低，且拉深為冷加工比鍛造更環保。

通過以上兩種毛坯成形工藝對比，拉深的工藝方案優勢更大。厚板經過拉深后，其凸起部R角比較大，無法滿足圖紙要求，通過后續校形、擠壓的方式，對零件進行整形，減小R角及改善端部形狀，如圖4所示。

通過拉深、校形、擠壓實現零件毛坯成形后，采用多工位傳遞模，利用機械手傳遞系統，實現產品的模內快速傳遞。設備選用適合厚板拉深、折彎及厚板沖鍛復合成形加工的雙肘節式精密沖床。

圖4  拉深、校形、擠壓過程示意圖

精沖

圖5所示該汽車零件厚度為4.0mm，小孔直徑為3.50mm，小孔與外圓的間距為1.25mm。間距小，精沖時，局部塌陷量大，需要設計特殊的模具結構來降低薄壁處的塌陷量，以滿足該零件后續的加工要求。

該零件精沖外形及孔后，因其精度要求高，精沖件無法滿足圖紙要求，需要通過后續的切削加工來保證零件精度。后續機加工時，汽車零件裝夾位置如圖6所示，裝夾面為精沖的剪切面，所以該部位剪切面的質量會影響到機加工時的裝夾精度。

圖5  汽車零件簡圖

圖6  機加工裝夾示意圖

影響剪切面垂直度的因素有：零件結構、材料厚度（圖7）及其機械性能、模具結構、凹模圓角、齒圈及沖壓時的壓邊力和反頂力。因零件的結構及材料由客戶指定，精沖工藝設計時，需要通過調整模具結構以及精沖力的大小，來改善剪切面的質量（主要是垂直度）。

圖7  料厚與偏差X值的關系

綜合考慮零件的結構特點、對塌角及剪切面質量的要求，通過對精沖模具結構、模具材料等進行優化改善，大大減小了塌陷量，改善前后塌陷量對比如圖8所示，滿足了后續工序的穩定生產。

考慮到該零件精沖生產時，是單件上下料，可通過自動上下料系統進行自動化生產。圖9所示的系統能夠實現自動上料、自動涂油、沖壓后自動下料、零件與廢料自動分離等動作，實現了自動沖壓，節省了人力成本，保證了生產的穩定性。

圖8  改善前后塌陷量對比示意圖

圖9  精沖生產自動潤滑及上下料示意圖

機加工

圖10所示該汽車零件精度要求比較高，精沖件無法滿足圖面要求，需要后續切削加工工序，以滿足其平面度、垂直度、圓柱度、圓度、同軸度等要求。

圖10  汽車零件機加工簡圖

圖11  精沖復合工藝生產的汽車零件

結束語

通過精沖工藝與其他工藝的復合加工完成的汽車零件，如圖11所示。不僅輪廓形狀精度高、成本低、效率高，而且結合了拉深工藝/鍛造工藝三維形狀成形與高精度機加工工藝的優勢。既實現了結構特殊的汽車零部件的加工，又滿足了其高精度的要求，實現了批量穩定生產。相信隨著汽車行業的發展，會有越來越多的汽車零部件需要復合工藝來滿足其高性能、高品質的要求。

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