文/王振華，劉文亞·煙臺安信精沖技術(shù)有限公司

隨著人類社會的進步與發(fā)展，環(huán)境、安全等法律法規(guī)要求的加嚴(yán)，以及人們對生活品質(zhì)要求的不斷提升，汽車在安全、品質(zhì)、節(jié)能、環(huán)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(jié)構(gòu)、規(guī)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(chǎn)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(fù)合，來滿足汽車零部件的生產(chǎn)需求。本文介紹了一種典型的汽車零件的加工工藝，其開發(fā)過程是根據(jù)客戶對產(chǎn)品的要求，最后選擇了精沖工藝+其他工藝的復(fù)合，來實現(xiàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定批量生產(chǎn)。

汽車零件結(jié)構(gòu)分析

該汽車零件原來是由兩個零件復(fù)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(xiàn)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，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(jié)構(gòu)特點，以及每種加工工藝的優(yōu)點，最后確認(rèn)該汽車零件采用成形毛坯+精沖+機加工的復(fù)合工藝。

原材料分析

圖1 汽車零件結(jié)構(gòu)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(xù)都有相應(yīng)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(wěn)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(xiàn)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(xiàn)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(xù)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(huán)保。

通過以上兩種毛坯成形工藝對比，拉深的工藝方案優(yōu)勢更大。厚板經(jīng)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(xù)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(xiàn)零件毛坯成形后，采用多工位傳遞模，利用機械手傳遞系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品的模內(nèi)快速傳遞。設(shè)備選用適合厚板拉深、折彎及厚板沖鍛復(fù)合成形加工的雙肘節(jié)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(shè)計特殊的模具結(jié)構(gòu)來降低薄壁處的塌陷量，以滿足該零件后續(xù)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(xù)的切削加工來保證零件精度。后續(xù)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(zhì)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(jié)構(gòu)、材料厚度（圖7）及其機械性能、模具結(jié)構(gòu)、凹模圓角、齒圈及沖壓時的壓邊力和反頂力。因零件的結(jié)構(gòu)及材料由客戶指定，精沖工藝設(shè)計時，需要通過調(diào)整模具結(jié)構(gòu)以及精沖力的大小，來改善剪切面的質(zhì)量（主要是垂直度）。

圖7 料厚與偏差X值的關(guān)系

綜合考慮零件的結(jié)構(gòu)特點、對塌角及剪切面質(zhì)量的要求，通過對精沖模具結(jié)構(gòu)、模具材料等進行優(yōu)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(xù)工序的穩(wěn)定生產(chǎn)。

考慮到該零件精沖生產(chǎn)時，是單件上下料，可通過自動上下料系統(tǒng)進行自動化生產(chǎn)。圖9所示的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)了自動沖壓，節(jié)省了人力成本，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

圖8 改善前后塌陷量對比示意圖

圖9 精沖生產(chǎn)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(xù)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(fù)合工藝生產(chǎn)的汽車零件

結(jié)束語

通過精沖工藝與其他工藝的復(fù)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(jié)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(yōu)勢。既實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)特殊的汽車零部件的加工，又滿足了其高精度的要求，實現(xiàn)了批量穩(wěn)定生產(chǎn)。相信隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，會有越來越多的汽車零部件需要復(fù)合工藝來滿足其高性能、高品質(zhì)的要求。