一种汽车零件的精冲复合工艺研究

随着人类社会的进步与发展，环境、安全等法律法规要求的加严，以及人们对生活品质要求的不断提升，汽车在安全、品质、节能、环保等方面的要求也是越来越高。这些因素促使汽车零部件的加工工艺水平也要不断提升，以满足汽车零部件在结构、规格、性能等方面要求的提高。

精冲作为汽车零部件加工的一种主要生产工艺，也越来越需要通过与其他工艺（拉深、锻造、挤压、折弯、机加工、焊接等）的复合，来满足汽车零部件的生产需求。本文介绍了一种典型的汽车零件的加工工艺，其开发过程是根据客户对产品的要求，最后选择了精冲工艺+ 其他工艺的复合，来实现产品的稳定批量生产。

汽车零件结构分析

该汽车零件原来是由两个零件复合而成，但对零件的加工工艺的要求很高，很难通过单一的加工工艺实现产品的批量生产，后采用一体式零件，如图1 所示。通过综合考虑该汽车零件的结构特点，以及每种加工工艺的优点，最后确认该汽车零件采用成形毛坯+ 精冲+ 机加工的复合工艺。

图1 汽车零件结构示意图

原材料分析

该汽车零件可选用A 和B 两种材料，两种不同材料需要不同的工艺进行毛坯成形。从表1 的材料性能可得出A 材料适合锻造的工艺进行毛坯成形，B 材料适合拉深工艺进行毛坯成形。

表1 两种材料的性能对比

材料	Rm (MPa)	ReH (MPa)	ReL (MPa)	断后伸长率 (%)	说明
A	≥600	——	≥355	约20	适合锻造
B	≥440	≥305	——	≥40	适合拉深

两种工艺加工成形的毛坯，后续都有相应的热处理，以改善成形毛坯的加工性能，保证最后完成品精度的稳定，如表2 所示。

表2 两种毛坯成形工艺的对比

材料	毛坯件工艺	毛坯件热处理目的或作用
A	锻造+正火	细化晶粒，使碳化物分布均匀，去除材料的内应力，改善加工性能，稳定工件的尺寸，防止变形与开裂。
B	拉深+退火	细化晶粒，消除残余应力，改善加工性能，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向。

图2 锻造成形示意图

零件加工工艺

毛坯成形

选择A 材料加工时，原材料选用棒材，采用锻造工艺实现毛坯成形，如图2 所示。选择B 材料加工时，原材料选用板材，采用拉深工艺实现毛坯成形，如图3 所示。

图3 拉深成形示意图

两种毛坯成形工艺，锻造件精度低，后续切削余量大，材料利用率低，成本偏高，且锻造工艺消耗能源大；拉深件对材料性能要求较高，材料利用率高，拉深加工效率高，成本更低，且拉深为冷加工比锻造更环保。

通过以上两种毛坯成形工艺对比，拉深的工艺方案优势更大。厚板经过拉深后，其凸起部R 角比较大，无法满足图纸要求，通过后续校形、挤压的方式，对零件进行整形，减小R 角及改善端部形状，如图4所示。

图4 拉深、校形、挤压过程示意图

通过拉深、校形、挤压实现零件毛坯成形后，采用多工位传递模，利用机械手传递系统，实现产品的模内快速传递。设备选用适合厚板拉深、折弯及厚板冲锻复合成形加工的双肘节式精密冲床。

精冲

图5 所示该汽车零件厚度为4.0mm，小孔直径为3.50mm，小孔与外圆的间距为1.25mm。间距小，精冲时，局部塌陷量大，需要设计特殊的模具结构来降低薄壁处的塌陷量，以满足该零件后续的加工要求。

该零件精冲外形及孔后，因其精度要求高，精冲件无法满足图纸要求，需要通过后续的切削加工来保证零件精度。后续机加工时，汽车零件装夹位置如图6 所示，装夹面为精冲的剪切面，所以该部位剪切面的质量会影响到机加工时的装夹精度。

图5 汽车零件简图

图6 机加工装夹示意图

影响剪切面垂直度的因素有：零件结构、材料厚度（图7）及其机械性能、模具结构、凹模圆角、齿圈及冲压时的压边力和反顶力。因零件的结构及材料由客户指定，精冲工艺设计时，需要通过调整模具结构以及精冲力的大小，来改善剪切面的质量（主要是垂直度）。

图7 料厚与偏差X 值的关系

的要求，通过对精冲模具结构、模具材料等进行优化改善，大大减小了塌陷量，改善前后塌陷量对比如图8 所示，满足了后续工序的稳定生产。考虑到该零件精冲生产时，是单件上下料，可通过自动上下料系统进行自动化生产。图9 所示的系统能够实现自动上料、自动涂油、冲压后自动下料、零件与废料自动分离等动作，实现了自动冲压，节省了人力成本，保证了生产的稳定性。

图8 改善前后塌陷量对比示意图

图9 精冲生产自动润滑及上下料示意图

机加工

图10 所示该汽车零件精度要求比较高，精冲件无法满足图面要求，需要后续切削加工工序，以满足其平面度、垂直度、圆柱度、圆度、同轴度等要求。

图10 汽车零件机加工简图

图11 精冲复合工艺生产的汽车零件

结束语

通过精冲工艺与其他工艺的复合加工完成的汽车零件，如图11 所示。不仅轮廓形状精度高、成本低、效率高，而且结合了拉深工艺/ 锻造工艺三维形状成形与高精度机加工工艺的优势。既实现了结构特殊的汽车零部件的加工，又满足了其高精度的要求，实现了批量稳定生产。相信随着汽车行业的发展，会有越来越多的汽车零部件需要复合工艺来满足其高性能、高品质的要求。

——本文选自《锻造与冲压》2018年第16期