浅谈冲压件制造工艺及质量缺陷

浅谈冲压件制造工艺及质量缺陷欧阳春生北汽福田汽车股份有限公司摘要：汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形，冲压加工是完成金属塑性成形的一种重要手段，它是最基本、最传统、最重要的金属加工方法之一。汽车冲压工艺技术如车身上的各种覆盖件、车内支撑件、结构加强件，还有大量的汽车零部件，如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等，都是经冲压成形技术正向精密、多功能、高效节能、安全清洁的生产方向发展，冲压工件的制造工艺水平及质量，在较大程度上对汽车制造质量和成本有直接的影响。关键词：冲压工艺质量1汽车覆盖件的工艺过程概述汽车冲压件的加工过程大致如下：卷材——落料——堆垛——运输——（冲压线）仓储——清洗——冲压成型。在落料过程中，由起重机将卷料放上卷料备料台，然后装载到上料小车上，上料小车运行到开卷机，上料小车回位后，完成卷料与整线的对中，穿带结束后，料带经过四辊式送料机组进行料头剪切，进入清洗机进行料带的清洗；经过清洗后的料带进入校平机组；被校平后的板料进入地坑，形成一个缓冲带（补偿环），以补偿卷材在开卷校平部分连续运行和进入落料切断冲模时的间歇动作的速度差。在地坑的一侧，装有光电反射器，当卷材下落到地坑时，反射器给出信号使驱动开卷装置的电机停止工作，卷材进给中断；经过几次落料切断后，地坑中的卷材逐步上升到一定程度，光电反射器发出信号，使驱动开卷装置的电动机起动，恢复卷材进给，开卷校平；从地坑上来的板料进入落料压力机进给的装置；落料压机落料及堆垛。在冲压成形过程中，钢板的成型都是借助模具对薄板施加外力所引起的结果。一定力的作用方式和大小，都对应着一定的变形。不论采用什么样的成形方式，冲压成形件所要求的几何形状，都是通过钢板在冲压成形过程中的塑性变形来完成的。根据冲压成形过程中钢板变形区的应力、应变的不同，可将零件变形划分为拉伸、压缩、弯曲、扭转等多种成形方式。2.汽车冲压工艺术语切开：切开是将材料沿敞开轮廓局部而不是完全分离的一种冲压工序。被切开而分离的材料位于或基本位于分离前所处的平面上。切边：切边是利用冲模修边成形工序件的边缘，使之具有一定直径、一定高度或一定形状的一种冲压工序切舌：切舌是将材料沿敞开轮廓局部而不是完全分离的一种冲压工序。被局部分离的材料，具有工件所要求的一定位置，不再位于分离前所处的平面上。切断：切断是将材料沿敞开轮廓分离的一种冲压工序，被分离的材料成为工件或工序件。反拉深（反拉延）：反拉深是把空心工序件内壁外翻的一种拉深工序。反拉深的特点：1反拉深材料流动方向与正拉深相反，有利于相互抵消拉深过程中形成的残余应力。2反拉深时，材料弯曲与反弯曲次数较少，冷作硬化也少，有利于成型。正拉深中，位于压料圈圆角部的材料，流向凹模圆角时，内圆弧成了外圆弧。而反拉深中，位于内圆弧处的材料在流动中始终处于内圆弧地位。3反拉深将原有的外表面内翻，原有外表面拉深时的划痕将不影响外观。4反拉深坯料与凹模接触面较正拉深大，材料流动阻力也大，因而一般可不用压料圈。但坯料外缘流经凹模入口圆角时，阻力已明显减少，故大直径薄料拉深仍需压料，以免起皱。5反拉深的拉深力可比正拉深力大20%左右。6反拉深坯料内径D1套在凹模外面，工件外径d2通过凹模内孔。故凹模壁厚不能超过1/2（D1-d2）。即反拉深系数不能太大，太大则凹模壁厚过薄，强度不足。另外，凹模圆角半径不能大于1/4（D1-d2）.冲中心孔冲中心孔是在工序件表面形成浅凹中心孔的一种冲压工序，背面材料并无相应凸起。冲孔：冲孔是将废料沿封闭轮廓从材料或工序件上分离的一种工序。在材料或工序件上获得需要的孔。冲缺：冲缺是将废料沿敞开轮廓从材料或工序件上分离的一种冲压工序，敞开轮廓形成一种缺口，其深度不超过宽度。冲裁：冲裁是利用冲模使部分材料或工序件与另一部分材料、工（序）件或废料分离的一种冲压工序。冲裁是切断、落料、冲孔、冲缺、冲槽、剖切、凿切、切边、切舌、切开、整修等分离工序工序的总称。冲槽：冲槽是将废料沿敞开轮廓从材料或工序件上分离的一种冲压工序，敞开轮廓呈槽形，其深度超过宽度。扩口：扩口是将空心件或管状件敞开处向外扩张的一种冲压工序。压凸：压凸是用凸模挤入工序件一面，迫使材料流入对面凹坑以形成凸起的一种冲压工序。压花：压花是强行挤压材料，在工序件表面形成浅凹花纹、图案、文字或符号的一种冲压工序。被压花表面的对面并无对应浅凹的凸起。压筋：压筋是起伏成形的一种。当局部起伏以筋形式出现时，相应的起伏成形工序称为压筋。光洁冲裁：光洁冲裁是不经整修直接获得整个断面全部或基本全部光洁的一种冲压工序。扭弯：扭弯是将平直或局部平直工序件的一部分相对另一部分扭转一定角度的冲压工序连续拉深：连续拉深是在条料（卷料）上，用同一副模具（级进拉延模）通过多次拉深逐步形成所需形状和尺寸的一种冲压方法。变薄拉深：变薄拉深是把空心工序件进一改变尺寸和形状，意图性地把侧壁减薄的一种拉深工序。卷边：卷边是将工件边缘卷成接近封闭圆形的一种冲压工序。卷边圆形的轴线呈直线形。卷缘：卷缘是将空心件上口边缘卷成接近封闭圆形的一种冲压工序。拉延：拉延是将平直毛料或工序件变为曲面形的一种冲压工序，曲面主要依靠位于凸模底部及压边圈上部的材料延伸形成。拉弯：拉弯是在拉力及弯矩的共同作用下实现弯曲变形，使整个弯曲横断面全部受拉伸应力的一种冲压工序。拉深：拉深是将平直毛坯或工序件变为空心件，或者把空心件进一步改变形状和尺寸的一种冲压工序。拉深时主要依靠凸模以外的材料流入凹模而形成。胀形：胀形是将空心件或管状件沿径向外扩张的一种冲压工序。弯曲：弯曲是利用压力使材料产生塑性变形，从而弯曲成有一定曲率、一定角度的形状的冲压工序。差温拉深：差温拉深是利用加热、冷却手段，使得变形部分材料的温度远远高于已变形部分材料的温度，从而提高变形程度的一种拉深工序。剖切：剖切是将成形工序件一分为几的一种冲压工序。起伏成形：起伏成形是依靠材料的延伸使工序件形成凹陷或凸起的冲压工序。起伏成形中材料厚度的改变是非意图性的，即厚度的少量改变是变形过程中自然形成的，不是设计指定的要求。校平：校平是提高局部或整体平面型零件平直度的一种冲压工序。液压拉深：液压拉深是利用盛在刚性或柔性中的液体，代替凸模或凹模以形成空心件的一种拉深工序。深孔冲裁（小孔冲裁）：深孔冲裁是孔径小于被材料料厚时的一种冲压工序。落料：落料是将材料沿封闭轮廓分离的一种冲压工序，被分离的材料成为工件或工序件，大多数是平面形的。凿切：凿切是利用尖刃的凿切模进行落料或冲孔工序。凿切并无下模，垫在材料下面的只是平板，被冲材料绝大多数都是非金属。精冲：精冲是光洁冲裁的一种，它利用带齿压料板的精冲模使冲件整个断面全部或基本全部光洁。图1.1划伤缩口：缩口是将空心件或管状件敞口处加压使其缩小的一种冲压工序。整形：整形是依靠材料流动，少量改变工序件形状和尺寸，以保证工件精度的一种冲压工序。整修：整修是沿外形或内形轮廓切去少量材料，从而提高边缘光洁度和垂直度的一种冲压工序。整修工序一般也同时提高尺寸精度。翻孔：翻孔是沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的一种冲压工序。翻边：翻边是沿外形曲线周围将材料翻成侧立短边的一种冲压工序3汽车冲压件工艺过程的质量要求由于不能及时发现坯板表面存在的缺陷，造成冲压产品的报废，浪费材料增加了成本且生产效率也受到较大影响，所以落料线上的质量检测是最重要的，必须对坯板进行表面检测。分层缺陷是薄板最危险的缺陷，生产现场必须对坯板进行内部探伤。经过检测合格的坯板进行冲压成型，因表面缺陷引起不良而报废时有发生。因此，对冲压成品的检测我们也需要进行表面的探伤。3.1表面质量要求冲压件坯板的表面质量要求与冲压成品表面要求相似，坯板需要无划伤、无麻点、无压印、无压痕、无锈斑、无夹杂等；冲压成品需要无划伤、表面光洁、无压痕、无夹杂、无锈斑、无麻点等。（1）划伤划伤是最常见的表面缺陷（图1.1）。划痕起着缺口的作用，变形时引起应力集中，因而导致零件冲压开裂，划痕越深，缺口作用越明显；划痕越长，缺口作用的区域就越大，即使是微细的划痕，也可能成为零件冲压开裂并迅速向金属内部渗透裂纹的起始点，同时又有可能成为零件疲劳断裂的潜伏因素。实践证明，零件冲压成形时，如果钢板表面存在着划痕，并处于零件变形部位，包括拉延和弯曲变形的部位时，势必沿着划痕开裂。划痕有多长，零件就有多长，甚至沿着划痕处向表面无划痕处扩展。划痕越深，零件的裂口就越大，实为零件冲压开裂的一个原因。图1.2表面脏污（2）表面脏污冲压件冲压成品表面的光洁度是指覆盖件冲压成品表面受污染的程度（图1.2），表面的残留物会降低外耐腐蚀性同时会给表面磷化带来影响，进而影响车身漆膜的附着力。（3）麻点图1.3麻点缺陷的表面ＯＭ低倍形貌“麻点”（图1.3）的产生是由于钢和杂质的塑性不同，在冲压或通过夹送辊时杂质被轧入钢板表面的细小颗粒，结果钢板表面呈现满布的“麻点”。“麻点”以独特的形状并具有促使污垢聚集的作用，使钢板表面质量恶化，对于要求具有良好表面质量的汽车覆盖件是很不利的。图1.4压痕（4）压痕冲压件表面压痕（图1.4）是运输时碰撞造成的缺陷，压痕的出现大大影响了冲压件的外观，对于外观要求严格的冲压件，这是不允许的。（5）压印由于辊面受损或有异物黏结导致在钢板上周期性地出现压印（图1.5），其形状，大小基本相同。其周期(L)与辊子直径(D)的关系为:L=μπD（μ为延伸系数）。压印也是严重影响冲压件外观的因素之一，必须杜绝其出现。（6）锈斑仓储时湿度大、卷材包装损坏、长期在库等都是钢板生锈的原因。锈斑（图1.6）会降低覆盖件表面喷涂时油漆的附着力或者磷化处理的质量。同时，钢板表面的锈斑增大了焊接时的电阻，容易引起焊点烧穿或焊接不牢，直接影响焊接质量。3.2内部质量要求金属薄板的内部缺陷主要是分层（图1.7），薄板中的分层由于板材中的缩孔图1.5压印图1.6锈斑残余、开口气泡和夹杂物等在轧制过程中被轧扁而形成。当薄板受到垂直于表面的拉应力时，分层会严重影响薄板的强度，如图1.8所示。若焊接坡口处有分层存在，它会促使焊缝产生缺陷。如果焊接应力与分层的平面垂直，即使分层并不在坡口处开口，也会在焊接过程中被撕裂。因此，冲压件坯板要求无分层缺陷。图1.7分层图1.8金属薄板中分层缺陷4结束语：纵观现代汽车业的发展状况，因汽车冲压件质量问题而产生的经济损失较为严重。汽车冲压件质量要求日益严格，鉴于此其质量检测应得到人们高度重视。参考文献[1]秀平.NKK福山厂连续退火生产线安装了“Delta—Eye”表面检测系统[N].NKKNews,2002(8).[2]姚贵升,景立媛.汽车用钢应用技术[M].北京：机械工业出版社，2007:179.[3]李亚东,江社明,等.热镀锌钢板镀层表面麻点缺陷的产生原因及预防措施[J].腐蚀与防,2009,30(12):917-920.[4]鲍文华.汽车外覆盖件钢板表面缺陷及改进[J].轻型汽车技术，2004（8）:21-23.