生產(chǎn)過(guò)程中沖壓拉伸開(kāi)裂、起皺影響因素及預(yù)防

盧慶國(guó) 任林保 徐典

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

沖壓拉伸工藝可以成形復(fù)雜形狀零件，且質(zhì)量好、剛性好，是一種常見(jiàn)的沖壓成形工藝，在汽車車身件沖壓制造的運(yùn)用非常普遍。但開(kāi)裂和起皺是沖壓拉伸主要質(zhì)量缺陷，是造成沖壓件廢品最多的質(zhì)量缺陷，如果開(kāi)裂零件焊成整車并流入市場(chǎng)，那么極有可能會(huì)導(dǎo)致整車召回事件。所以控制沖壓質(zhì)量首先要控制好開(kāi)裂和起皺問(wèn)題。

定義：沖壓拉伸是利用拉伸模將已沖裁好的平面毛坯壓制成各種形狀的開(kāi)口空心零件，或?qū)⒁褖褐频拈_(kāi)口空心毛坯進(jìn)一步制成其它形狀尺寸的開(kāi)口空心零件的沖壓成形工藝，見(jiàn)圖1。

圖1 拉伸成形過(guò)程示意圖

其中影響沖壓質(zhì)量的沖壓生產(chǎn)三要素分別為：沖壓設(shè)備、沖壓模具、沖壓板料，下面主要從這三個(gè)方面進(jìn)行展開(kāi)分析，見(jiàn)圖2。

圖2 生產(chǎn)過(guò)程中拉伸開(kāi)裂起皺的影響因素

2 沖壓設(shè)備

2.1 壓邊力的影響與控制

壓邊力是沖壓拉伸工藝參數(shù)之一，由沖壓設(shè)備提供。壓邊的目的是為了防止凸緣起皺，壓邊力大小對(duì)沖壓拉伸開(kāi)裂、起皺影響很大。壓邊力小，坯料摩擦力小，坯料流速快，切壓應(yīng)力大易導(dǎo)致起皺；壓邊大，坯料摩擦力大，坯料流速慢，拉應(yīng)力大易導(dǎo)致開(kāi)裂，故應(yīng)控制好壓邊力，壓邊力應(yīng)在模具驗(yàn)收中多次試壓后最終鎖定，鎖定后的壓邊力須寫入沖壓工藝文件中，嚴(yán)格規(guī)范執(zhí)行，不得輕易改變，見(jiàn)圖3。

圖3

2.2 氣墊頂塊異物的影響與控制

拉伸時(shí)氣缸頂起氣墊頂塊和氣墊頂桿及壓邊圈，產(chǎn)生壓邊力，其作用是傳遞氣缸提供的壓邊力，如果氣墊頂塊表面不清潔有異物，會(huì)導(dǎo)致頂桿頂出高度不一致，影響壓料力的相對(duì)均衡性。故氣墊頂塊異物的控制應(yīng)定期清潔氣墊頂塊表面，每次沖壓完畢要檢查氣墊頂塊凸條表面，不允許有沖壓廢料等硬異物；沒(méi)用到的頂桿孔要用頂桿孔帽蓋好，防止沖壓廢料從頂桿孔掉入氣墊頂塊上。每次拆模后要及時(shí)清理工作臺(tái)表面，定期清潔工作臺(tái)溝槽里的沖壓廢料。

2.3 氣墊頂桿高度和數(shù)量的影響與控制

氣墊頂桿作用是傳遞氣缸提供的壓邊力，頂起壓邊圈，如果氣墊頂桿間高度出現(xiàn)不一致，會(huì)改變壓邊面上壓邊力狀態(tài)；氣墊頂桿是受力件，長(zhǎng)期使用頂桿端頭易引起變形或缺角等問(wèn)題，如果模具維護(hù)不到位或沖壓設(shè)備維護(hù)不到位，將加快氣墊頂桿變形和損壞速度，導(dǎo)致氣墊頂桿存在高度差，從而改變壓邊力狀態(tài)。故防止頂桿變形和損壞關(guān)鍵還是做好沖壓設(shè)備、模具、頂桿的維護(hù)和預(yù)防，頂桿缺角、凹陷、開(kāi)裂、長(zhǎng)度超差須報(bào)廢；頂桿長(zhǎng)度定期（如1次/季）檢查。頂桿每天使用完后擦拭干凈，放置在專用存放架里，不允許亂丟亂放；同樣氣墊頂桿數(shù)量缺失會(huì)改變壓邊面上壓邊力的分布狀態(tài)，改變坯料局部進(jìn)料阻力，導(dǎo)致沖壓拉伸開(kāi)裂、起皺；為防止該問(wèn)題的發(fā)生最好在拉伸模上安裝“氣墊頂桿銘牌”，顯示氣墊頂桿的數(shù)量和位置，并在工藝文件中體現(xiàn)出沖壓拉伸時(shí)頂桿的數(shù)量和位置要求。

2.4 沖壓設(shè)備精度的影響與控制

上模安裝在沖壓設(shè)備的滑塊上，上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沖壓設(shè)備精度變差對(duì)模具損傷很大，會(huì)導(dǎo)致拉伸開(kāi)裂、起皺。故應(yīng)根據(jù)沖壓設(shè)備狀態(tài)，制定每季度或半年或一年定期檢測(cè)沖壓設(shè)備精度一次，如有滑塊導(dǎo)軌調(diào)整或設(shè)備大修須重新檢測(cè)，見(jiàn)圖4。

圖4

3 沖壓模具

3.1 模具平衡塊高度的影響與控制

通過(guò)控制平衡塊高度，來(lái)控制壓邊圈不同部位間隙和壓邊力，進(jìn)而控制和平衡壓邊圈各部位坯料的流動(dòng)速度，同時(shí)也可以減少設(shè)備精度對(duì)壓邊力的影響，對(duì)開(kāi)裂或起皺影響很大。而平衡塊高度（標(biāo)準(zhǔn)平衡塊高度+墊片高度）是通過(guò)模具驗(yàn)收中多次試模確定的，每個(gè)平衡塊高度可能都不一樣，用螺栓固定在模具壓邊圈上并加防錯(cuò)標(biāo)識(shí)防止墊片丟失或用錯(cuò)位置。故平衡塊墊片數(shù)量和高度不允許隨意改變，數(shù)量不超過(guò)三片；平衡塊和墊片是受力件，所以須嚴(yán)格控制其材質(zhì)和硬度；定期檢查研配平衡塊與凹模接觸面接觸狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)離空應(yīng)重新修配平衡塊高度并制定嚴(yán)格的平衡塊墊片管理規(guī)定：開(kāi)班前TPM模具點(diǎn)檢，不允許有螺栓松動(dòng)、墊片丟失、平衡塊丟失等現(xiàn)象，見(jiàn)圖5。

圖5 平衡塊失效往往會(huì)導(dǎo)致局部開(kāi)裂起皺

3.2 壓料面拉毛的影響與控制

模具拉毛會(huì)將零件表面拉傷，坯料流動(dòng)阻力增大，嚴(yán)重的導(dǎo)致零件開(kāi)裂。模具壓料面拉毛與模具材質(zhì)、表面硬度、表面光潔度，研配率以及拉伸零件材質(zhì)、厚度、拉伸深度等有直接關(guān)系。故生產(chǎn)中出現(xiàn)壓料面拉毛時(shí)可以拋光模具拉毛表面或涂拉伸油，但影響生產(chǎn)效率及零件表面質(zhì)量。長(zhǎng)期解決辦法主要是從模具材質(zhì)、表面硬度、表面光潔度等方面著手，如TD 處理或鍍鉻等。

3.3 模具維修的影響與控制

模具緊急問(wèn)題臨時(shí)維修或長(zhǎng)期使用后定期大修，有可能是模具的壓料面、拉延筋、凹模圓角等工作表面修補(bǔ)，或其它部件的維修會(huì)導(dǎo)致模具精度有所改變，如果維修后沒(méi)試壓就用于批量生產(chǎn)容易產(chǎn)生開(kāi)裂、起皺、縮頸等現(xiàn)象。故應(yīng)建立模具維修流程規(guī)范，明確何種情況維修后，生產(chǎn)必須上機(jī)調(diào)試試壓，然后檢查是否有開(kāi)裂、起皺、縮頸等現(xiàn)象，形成模具問(wèn)題閉環(huán)。

3.4 毛坯定位塊的影響與控制

毛坯定位塊的作用是固定板料毛坯位置。對(duì)于一些對(duì)開(kāi)裂、起皺敏感的零件，如果由于缺少定位或定位松動(dòng)，導(dǎo)致毛坯放在不正確的位置，坯料的進(jìn)料阻力改變，容易產(chǎn)生開(kāi)裂、起皺、縮頸等現(xiàn)象。故應(yīng)在生產(chǎn)前檢查毛坯定位塊螺栓是否有松動(dòng)；如采用四周定位，不允許操作工圖取、放料方便拆掉一些定位塊。

4 沖壓板材

4.1 材料性能波動(dòng)的影響與控制

一是材料性能指標(biāo)在正常范圍內(nèi)波動(dòng)較大，如屈服強(qiáng)度。不同鋼廠板料質(zhì)量差異較大?？刂品椒ㄖ饕欠乐褂缅e(cuò)材料牌號(hào)、更換廠家導(dǎo)致的材料性能的波動(dòng)、來(lái)料厚度檢查，并建立對(duì)材料敏感易開(kāi)裂零件的清單并標(biāo)識(shí)，見(jiàn)圖6。

圖6

4.2 毛坯尺寸變化的影響與控制

毛坯尺寸變化會(huì)改變壓邊力的大小。產(chǎn)生原因主要是下料機(jī)的精度及料頭料尾等，控制方面主要是防止下料尺寸異常波動(dòng)，做好下料尺寸首末檢查，不符合尺寸要求的料頭料尾隔離標(biāo)識(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中沖壓拉伸開(kāi)裂、起皺的原因分析存在一定的困難，如問(wèn)題逃逸到后工序或主機(jī)廠被發(fā)現(xiàn)，此時(shí)模具已合模下線入庫(kù)，由于影響因素眾多，再現(xiàn)試壓生產(chǎn)安排困難，所以往往找不到真正原因，本文從多維度對(duì)設(shè)備、模具及材料導(dǎo)致的開(kāi)裂、起皺的影響因素與控制方法做了全面剖析，可以對(duì)生產(chǎn)控制加以指導(dǎo)，同時(shí)要做好經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)積累，對(duì)后續(xù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)也會(huì)起到一定的借鑒作用。