汽車沖壓件縮頸、開裂原因分析及解決方案研究

汽車沖壓件在生產(chǎn)過程中常伴隨發(fā)生縮頸、開裂、起皺、表面拉毛、翻邊波浪、翻邊帶料、翻邊高度變化、翻邊型面坑包、翻邊開裂、修邊沖孔毛刺、修邊沖孔帶料、修邊尺寸變化等缺陷，給正常的沖壓件生產(chǎn)造成生產(chǎn)停滯損耗、缺陷返修損耗，給后續(xù)部件組裝、整車匹配造成嚴(yán)重影響，無形中增加了制造成本，降低了產(chǎn)品質(zhì)量，更在日趨激烈的市場競爭中降低了自主產(chǎn)品的競爭力。現(xiàn)階段處理這些問題的方法眾多，效果參差不齊，很多手段只是起到了臨時修復(fù)作用，不能長期穩(wěn)定地保持。作為模具維修人員，必須能夠快速準(zhǔn)確地分析出造成缺陷的根本原因，快速地排除缺陷以提升生產(chǎn)效率、穩(wěn)定生產(chǎn)質(zhì)量。為此，筆者針對汽車沖壓件在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各類缺陷，將從業(yè)28 年總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和對模具制造調(diào)試的個人見解分享給行業(yè)人士，期望能對模具維修行業(yè)起到一定的促進(jìn)作用。

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縮頸是指板材在拉伸過應(yīng)力作用下局部截面縮減的現(xiàn)象，如圖1 所示。開裂是指板材在拉伸過程中由于縮頸加劇到板材徹底分離形成開口，如圖2 所示。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411637.html

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圖1 縮頸文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411637.html

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圖2 開裂文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411637.html

在壓機(jī)上，單動拉延模具壓料圈由壓機(jī)下頂桿托起至高于模具凸模型面，擺放材料于壓料圈之上，如圖3 所示。壓機(jī)上滑塊下壓至接觸材料時，如圖4 所示，壓料部分形成初始壓力也就是材料流動阻力，持續(xù)向下，材料克服壓料力向模腔內(nèi)流動直至模具壓到底部，凸模表面、凹模表面同時與材料上下表面全面接觸，材料拉延完成。在此過程中，局部阻力產(chǎn)生異變大于材料的抗拉系數(shù)就會產(chǎn)生局部區(qū)域的縮頸、開裂。材料流動部位包括壓料面、拉延筋槽、模具凸R、模具側(cè)壁。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411637.html

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圖3 板料擺放于模具壓料圈上文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411637.html

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圖4 模具下壓形成初始壓邊力

壓料面阻力異變的原因

壓料面的作用是保證材料在流動過程中不起皺，使材料能平穩(wěn)均勻地向模腔內(nèi)流動。前提是要求上下壓料面之間的間隙要均勻且大于材料厚度，根據(jù)實(shí)際效果驗(yàn)證，間隙大于料厚0.1 ～0.2mm 較為合理，如圖5 所示，一旦間隙小于料厚，在連續(xù)摩擦磨損的作用下，就會在壓料面上形成個別凸起的高點(diǎn)，相當(dāng)于減小了受力面積，高點(diǎn)處的壓強(qiáng)就會倍增，從而導(dǎo)致材料流動局部阻力增加，使材料不均勻流動造成材料縮頸的產(chǎn)生；剛開始通過降低壓邊力或抬高平衡塊能起到作用，持續(xù)到一定時間就沒有作用了，只能通過重新研修壓料面才能恢復(fù)拉延效果，這樣既費(fèi)時又費(fèi)力，還會帶來無法預(yù)估的生產(chǎn)損耗和零件返修損耗。

圖5 壓料面壓料狀態(tài)

拉延筋阻力異變的原因

拉延筋是賦予材料拉伸阻力最重要的方式，通過使材料產(chǎn)生塑性變形形成相對穩(wěn)定的阻力，受溫度、壓力、材料參數(shù)影響很小。材料只要克服阻力向模腔內(nèi)流動，就能達(dá)到拉伸最穩(wěn)定的方式；導(dǎo)致拉延筋阻力異變的原因就是筋、槽之間的間隙小于料厚，如圖6 所示，導(dǎo)致阻力意外增加，使模具在生產(chǎn)過程中間斷地發(fā)生縮頸、開裂。

圖6 筋槽間隙小于料厚

模具R 阻力異變的原因

材料流動都是緊貼凸R 進(jìn)行的，由于緊貼就會增加材料流動的摩擦阻力。導(dǎo)致R 阻力異變的唯一原因就是R 的圓滑程度，當(dāng)R 不圓滑時(R 有棱線），如圖7 所示，相當(dāng)于減小了R 的半徑，材料在流過時就會產(chǎn)生相對于原有R 更大的阻力，這樣阻力也就意外地增加了，表現(xiàn)形式就是生產(chǎn)到一定數(shù)量后間斷發(fā)生局部縮頸，嚴(yán)重時直接開裂。

圖7 R 不圓滑有棱線

模具側(cè)壁間隙阻力異變的原因

材料在流動過程中經(jīng)過最多的位置就是模腔側(cè)壁，模腔側(cè)壁間隙就是材料流動的通道，如圖8 所示，理論上是不會產(chǎn)生進(jìn)料阻力的，而產(chǎn)生模腔側(cè)壁阻力異變的唯一原因就是模腔側(cè)壁間隙小于材料厚度阻斷了材料的繼續(xù)流動。

圖8 模腔側(cè)壁間隙

沖壓件縮頸、開裂問題的解決方案

壓料面阻力異變的處理

⑴拆卸周圈平衡塊，逐一編號妥善放置；

⑵切割板料，使之內(nèi)圈形狀與壓料圈內(nèi)圈基本相同；

⑶壓料圈頂起，放置切割板料后下壓，壓至拉延筋完全成形后即可；

⑷成形料圈雙面涂藍(lán)油(藍(lán)油要刷的薄且均勻）后放至壓料圈原位置再次壓制，形成壓料面著色圖，如圖9 所示；

圖9 壓料面著色圖

⑸觀察成形料圈正面著色圖，對應(yīng)查看壓邊圈上著色位置，位置相同點(diǎn)即為高點(diǎn)，用記號筆做標(biāo)記；

⑹利用砂輪機(jī)對標(biāo)記區(qū)域進(jìn)行打磨和油石推光；

⑺反復(fù)⑷⑸⑹步驟，直至著色圖均勻，無明顯高點(diǎn)，筋槽以外區(qū)域著色率達(dá)到80%以上，筋槽以內(nèi)管理面著色率100%；

⑻去掉平衡塊墊片后安裝平衡塊，在平衡塊上放置鉛絲，壓料面上帶料片再次壓制，實(shí)測平衡塊高度差；

⑼根據(jù)所測差值填充相等厚度的墊片后再次帶料片壓制，觀察平衡塊和料片著色，平衡塊著色實(shí)且均勻，如圖10 所示，料片著色與不帶平衡塊著色基本相同即可；

圖10 平衡塊著色圖

⑽所有平衡塊再增加0.2mm 墊片。

這樣，拉延過程中板料在不會起皺的同時也不會因?yàn)閴毫细唿c(diǎn)產(chǎn)生壓邊力異變，能保證拉延工作的長期持續(xù)穩(wěn)定。

拉延筋阻力異變的處理

⑴拆卸周圈平衡塊，逐一編號，妥善放置；

⑵切割板料，使之內(nèi)圈形狀與壓料圈內(nèi)圈基本相同；

⑶壓料圈頂起，放置切割板料后下壓，壓至拉延筋完全成形后即可；

⑷成形料圈雙面涂藍(lán)油后放至壓料圈原位置再次壓制，形成壓料面著色圖；

⑸觀察壓料圈筋槽兩側(cè)和底部，對應(yīng)查看料圈筋槽兩側(cè)(圖11）、底部和根部有無相同位置壓痕，位置相同點(diǎn)即為間隙不足點(diǎn)，用記號筆做標(biāo)記；

圖11 料圈筋槽側(cè)壁著色

⑹利用砂輪機(jī)對標(biāo)記區(qū)域進(jìn)行打磨和油石推光；

⑺反復(fù)⑷⑸⑹步驟，直至完全無壓痕著色點(diǎn)。更換新的料圈再次壓制，直至完全無壓痕著色點(diǎn)后壓鉛絲實(shí)測筋槽間隙(圖12），將間隙做到大于料厚0.2 ～0.3mm；

圖12 壓鉛絲實(shí)測筋槽間隙

⑻回裝平衡塊，用新板料雙面涂色逐步進(jìn)行拉延，查看筋槽是否還存在著色點(diǎn)。

這樣，板料在拉延過程中除壓料間隙平整板料、拉延筋提供變形阻力外不會再附加異變阻力，能保證拉延工作的長期持續(xù)穩(wěn)定。

模具R 阻力異變的處理

⑴標(biāo)記縮頸、開裂區(qū)域R；

⑵用R 規(guī)對流經(jīng)區(qū)域的R 進(jìn)行檢查，也可用0.1mm 鋼片涂色順材料流動方向在R 上拉動，R 不圓滑處著色會斷開；

⑶利用合金銼刀、油石以弧形運(yùn)動方式對R 進(jìn)行精修(圖13），并不斷檢測，直至R 完全圓滑，鋼片著色完整無斷線；

圖13 用銼刀、油石精修R

⑷利用砂布或砂紙緊貼R，按進(jìn)料方向進(jìn)行左右拉動拋光(圖14），可以更好地消除R 上的高點(diǎn)。

圖14 用砂布或砂紙精修R

這樣，板料在拉延過程中除壓料間隙平整板料、拉延筋提供變形阻力外不會再附加異變阻力，能保證拉延工作的長期持續(xù)穩(wěn)定。

模具側(cè)壁間隙阻力異變的處理

⑴準(zhǔn)備拉延件，雙面涂色備用；

⑵將壓料圈降至最低，把涂好色的拉延件放置到凸模上，壓機(jī)下壓至生產(chǎn)高度，壓成著色圖，如圖15 所示；

圖15 拉延件著色圖

⑶用壓制的著色零件內(nèi)壁對應(yīng)凹模側(cè)壁查看側(cè)壁著色情況，如圖16 所示；有對應(yīng)位置同時著色說明側(cè)壁間隙不足，用記號筆做標(biāo)記；

圖16 用零件料厚實(shí)測側(cè)壁間隙

⑷在標(biāo)記位置放置鉛絲進(jìn)行不帶零件空壓，實(shí)測側(cè)壁間隙，并用砂輪機(jī)在標(biāo)記位置打小坑做深度基準(zhǔn)點(diǎn)(便于節(jié)約施工時間，提高效率），如圖17 所示；

圖17 用砂輪機(jī)做深度基準(zhǔn)點(diǎn)

⑸依據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行打磨、推光；

⑹反復(fù)⑵⑶⑸步驟，直至換新零件壓制完全沒有著色點(diǎn)后，再次多點(diǎn)測量側(cè)壁間隙，直至間隙大于板料厚度0.05 ～0.1mm。

這樣，拉延過程中板料在通過側(cè)壁時不會再因?yàn)閭?cè)壁間隙過小導(dǎo)致異變阻力，能保證拉延工作更加穩(wěn)定。

結(jié)束語

綜上所述，零件的拉延是一個系統(tǒng)的工作過程，當(dāng)這個過程中的某一個元素出現(xiàn)偏差時就會對零件的成形造成阻礙，進(jìn)而形成零件缺陷。之前很多縮頸、開裂的處理都是調(diào)整壓力、墊高平衡塊以增加壓料間隙、放低拉延筋、放大R 等方式，沒有細(xì)致地按照一定的流程去排除造成縮頸開裂的主因，雖然短期會有一定的效果，但不能持久穩(wěn)定。按照一定的流程進(jìn)行原因分析和問題處理，可以讓我們更加清晰、更加快捷地確定原因和排除故障，維護(hù)正常高效的在線生產(chǎn)。

曾平川， 楊運(yùn)良， 杜敏·一汽-大眾汽車有限公司成都分公司