淺談沖壓件制造工藝及質(zhì)量缺陷

1、淺談沖壓件制造工藝及質(zhì)量缺陷歐陽春生 北汽福田汽車股份有限公司摘要：汽車制造中有60%-70%的金屬零部件需經(jīng)塑性加工成形，沖壓加工是完成金屬塑性成形的一種重要手段，它是最基本、最傳統(tǒng)、最重要的金屬加工方法之一。汽車沖壓工藝技術(shù)如車身上的各種覆蓋件、車內(nèi)支撐件、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，還有大量的汽車零部件，如發(fā)動機(jī)的排氣彎管及消聲器、空心凸輪軸、油底殼、發(fā)動機(jī)支架、框架結(jié)構(gòu)件、橫縱梁等等，都是經(jīng)沖壓成形技術(shù)正向精密、多功能、高效節(jié)能、安全清潔的生產(chǎn)方向發(fā)展，沖壓工件的制造工藝水平及質(zhì)量，在較大程度上對汽車制造質(zhì)量和成本有直接的影響。關(guān)鍵詞：沖壓工藝 質(zhì)量 1汽車覆蓋件的工藝過程概述汽車沖壓件的加工過程大致

2、如下：卷材落料堆垛運輸（沖壓線）倉儲清洗沖壓成型。在落料過程中，由起重機(jī)將卷料放上卷料備料臺，然后裝載到上料小車上，上料小車運行到開卷機(jī)，上料小車回位后，完成卷料與整線的對中，穿帶結(jié)束后，料帶經(jīng)過四輥式送料機(jī)組進(jìn)行料頭剪切，進(jìn)入清洗機(jī)進(jìn)行料帶的清洗；經(jīng)過清洗后的料帶進(jìn)入校平機(jī)組；被校平后的板料進(jìn)入地坑，形成一個緩沖帶（補(bǔ)償環(huán)），以補(bǔ)償卷材在開卷校平部分連續(xù)運行和進(jìn)入落料切斷沖模時的間歇動作的速度差。在地坑的一側(cè)，裝有光電反射器，當(dāng)卷材下落到地坑時，反射器給出信號使驅(qū)動開卷裝置的電機(jī)停止工作，卷材進(jìn)給中斷；經(jīng)過幾次落料切斷后，地坑中的卷材逐步上升到一定程度，光電反射器發(fā)出信號，使驅(qū)動開卷裝置的電

3、動機(jī)起動，恢復(fù)卷材進(jìn)給，開卷校平；從地坑上來的板料進(jìn)入落料壓力機(jī)進(jìn)給的裝置；落料壓機(jī)落料及堆垛。在沖壓成形過程中，鋼板的成型都是借助模具對薄板施加外力所引起的結(jié)果。一定力的作用方式和大小，都對應(yīng)著一定的變形。不論采用什么樣的成形方式，沖壓成形件所要求的幾何形狀，都是通過鋼板在沖壓成形過程中的塑性變形來完成的。根據(jù)沖壓成形過程中鋼板變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變的不同，可將零件變形劃分為拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等多種成形方式。 2.汽車沖壓工藝術(shù)語切開 ：切開是將材料沿敞開輪廓局部而不是完全分離的一種沖壓工序。被切開而分離的材料位于或基本位于分離前所處的平面上。 切邊： 切邊是利用沖模修邊成形工序件的邊緣，使

4、之具有一定直徑、一定高度或一定形狀的一種沖壓工序切舌： 切舌是將材料沿敞開輪廓局部而不是完全分離的一種沖壓工序。被局部分離的材料，具有工件所要求的一定位置，不再位于分離前所處的平面上。切斷： 切斷是將材料沿敞開輪廓分離的一種沖壓工序，被分離的材料成為工件或工序件。 反拉深（反拉延）： 反拉深是把空心工序件內(nèi)壁外翻的一種拉深工序。 反拉深的特點： 1 反拉深材料流動方向與正拉深相反，有利于相互抵消拉深過程中形成的殘余應(yīng)力。 2 反拉深時，材料彎曲與反彎曲次數(shù)較少，冷作硬化也少，有利于成型。正拉深中，位于壓料圈圓角部的材料，流向凹模圓角時，內(nèi)圓弧成了外圓弧。而反拉深中，位于內(nèi)圓弧處的材料在流動中始

5、終處于內(nèi)圓弧地位。 3 反拉深將原有的外表面內(nèi)翻，原有外表面拉深時的劃痕將不影響外觀。 4 反拉深坯料與凹模接觸面較正拉深大，材料流動阻力也大，因而一般可不用壓料圈。但坯料外緣流經(jīng)凹模入口圓角時，阻力已明顯減少，故大直徑薄料拉深仍需壓料，以免起皺。 5 反拉深的拉深力可比正拉深力大20%左右。 6 反拉深坯料內(nèi)徑D1套在凹模外面，工件外徑d2通過凹模內(nèi)孔。故凹模壁厚不能超過1/2（D1-d2）。即反拉深系數(shù)不能太大，太大則凹模壁厚過薄，強(qiáng)度不足。另外，凹模圓角半徑不能大于1/4（D1-d2）. 沖中心孔 沖中心孔是在工序件表面形成淺凹中心孔的一種沖壓工序，背面材料并無相應(yīng)凸起。 沖孔： 沖孔是

6、將廢料沿封閉輪廓從材料或工序件上分離的一種工序。在材料或工序件上獲得需要的孔。 沖缺 ：沖缺是將廢料沿敞開輪廓從材料或工序件上分離的一種沖壓工序，敞開輪廓形成一種缺口，其深度不超過寬度。 沖裁 ：沖裁是利用沖模使部分材料或工序件與另一部分材料、工（序）件或廢料分離的一種沖壓工序。 沖裁是切斷、落料、沖孔、沖缺、沖槽、剖切、鑿切、切邊、切舌、切開、整修等分離工序工序的總稱。沖槽： 沖槽是將廢料沿敞開輪廓從材料或工序件上分離的一種沖壓工序，敞開輪廓呈槽形，其深度超過寬度。 擴(kuò)口： 擴(kuò)口是將空心件或管狀件敞開處向外擴(kuò)張的一種沖壓工序。 壓凸： 壓凸是用凸模擠入工序件一面，迫使材料流入對面凹坑以形成凸

7、起的一種沖壓工序。 壓花： 壓花是強(qiáng)行擠壓材料，在工序件表面形成淺凹花紋、圖案、文字或符號的一種沖壓工序。被壓花表面的對面并無對應(yīng)淺凹的凸起。壓筋： 壓筋是起伏成形的一種。當(dāng)局部起伏以筋形式出現(xiàn)時，相應(yīng)的起伏成形工序稱為壓筋。 光潔沖裁： 光潔沖裁是不經(jīng)整修直接獲得整個斷面全部或基本全部光潔的一種沖壓工序。 扭彎： 扭彎是將平直或局部平直工序件的一部分相對另一部分扭轉(zhuǎn)一定角度的沖壓工序 連續(xù)拉深： 連續(xù)拉深是在條料（卷料）上，用同一副模具（級進(jìn)拉延模）通過多次拉深逐步形成所需形狀和尺寸的一種沖壓方法。變薄拉深： 變薄拉深是把空心工序件進(jìn)一改變尺寸和形狀，意圖性地把側(cè)壁減薄的一種拉深工序。 卷邊

8、： 卷邊是將工件邊緣卷成接近封閉圓形的一種沖壓工序。卷邊圓形的軸線呈直線形。 卷緣 ：卷緣是將空心件上口邊緣卷成接近封閉圓形的一種沖壓工序。 拉延： 拉延是將平直毛料或工序件變?yōu)榍嫘蔚囊环N沖壓工序，曲面主要依靠位于凸模底部及壓邊圈上部的材料延伸形成。 拉彎： 拉彎是在拉力及彎矩的共同作用下實現(xiàn)彎曲變形，使整個彎曲橫斷面全部受拉伸應(yīng)力的一種沖壓工序。 拉深 ：拉深是將平直毛坯或工序件變?yōu)榭招募?，或者把空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的一種沖壓工序。拉深時主要依靠凸模以外的材料流入凹模而形成。脹形： 脹形是將空心件或管狀件沿徑向外擴(kuò)張的一種沖壓工序。彎曲： 彎曲是利用壓力使材料產(chǎn)生塑性變形，從而彎曲成

9、有一定曲率、一定角度的形狀的沖壓工序。差溫拉深： 差溫拉深是利用加熱、冷卻手段，使得變形部分材料的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于已變形部分材料的溫度，從而提高變形程度的一種拉深工序。 剖切： 剖切是將成形工序件一分為幾的一種沖壓工序。 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沖壓工序。起伏成形中材料厚度的改變是非意圖性的，即厚度的少量改變是變形過程中自然形成的，不是設(shè)計指定的要求。 校平： 校平是提高局部或整體平面型零件平直度的一種沖壓工序。 液壓拉深： 液壓拉深是利用盛在剛性或柔性中的液體，代替凸?；虬寄Ｒ孕纬煽招募囊环N拉深工序。 深孔沖裁（小孔沖裁）： 深孔沖裁是孔徑小于被材料料厚時的

10、一種沖壓工序。落料： 落料是將材料沿封閉輪廓分離的一種沖壓工序，被分離的材料成為工件或工序件，大多數(shù)是平面形的。 鑿切： 鑿切是利用尖刃的鑿切模進(jìn)行落料或沖孔工序。鑿切并無下模，墊在材料下面的只是平板，被沖材料絕大多數(shù)都是非金屬。 精沖： 精沖是光潔沖裁的一種，它利用帶齒壓料板的精沖模使沖件整個斷面全部或基本全部光潔。 縮口 ：縮口是將空心件或管狀件敞口處加壓使其縮小的一種沖壓工序。整形 ：整形是依靠材料流動，少量改變工序件形狀和尺寸，以保證工件精度的一種沖壓工序。整修： 整修是沿外形或內(nèi)形輪廓切去少量材料，從而提高邊緣光潔度和垂直度的一種沖壓工序。整修工序一般也同時提高尺寸精度 。 翻孔：

11、翻孔是沿內(nèi)孔周圍將材料翻成側(cè)立凸緣的一種沖壓工序。 翻邊： 翻邊是沿外形曲線周圍將材料翻成側(cè)立短邊的一種沖壓工序3汽車沖壓件工藝過程的質(zhì)量要求由于不能及時發(fā)現(xiàn)坯板表面存在的缺陷，造成沖壓產(chǎn)品的報廢，浪費材料增加了成本且生產(chǎn)效率也受到較大影響，所以落料線上的質(zhì)量檢測是最重要的，必須對坯板進(jìn)行表面檢測。分層缺陷是薄板最危險的缺陷，生產(chǎn)現(xiàn)場必須對坯板進(jìn)行內(nèi)部探傷。經(jīng)過檢測合格的坯板進(jìn)行沖壓成型，因表面缺陷引起不良而報廢時有發(fā)生。因此，對沖壓成品的檢測我們也需要進(jìn)行表面的探傷。3.1表面質(zhì)量要求沖壓件坯板的表面質(zhì)量要求與沖壓成品表面要求相似，坯板需要無劃傷、無麻點、無壓印、無壓痕、無銹斑、無夾雜等；沖

12、壓成品需要無劃傷、表面光潔、無壓痕、無夾雜、無銹斑、無麻點等。（1）劃傷圖1.1 劃傷劃傷是最常見的表面缺陷（圖1.1）。劃痕起著缺口的作用，變形時引起應(yīng)力集中，因而導(dǎo)致零件沖壓開裂，劃痕越深，缺口作用越明顯；劃痕越長，缺口作用的區(qū)域就越大，即使是微細(xì)的劃痕，也可能成為零件沖壓開裂并迅速向金屬內(nèi)部滲透裂紋的起始點，同時又有可能成為零件疲勞斷裂的潛伏因素。圖1.2 表面臟污實踐證明，零件沖壓成形時，如果鋼板表面存在著劃痕，并處于零件變形部位，包括拉延和彎曲變形的部位時，勢必沿著劃痕開裂。劃痕有多長，零件就有多長，甚至沿著劃痕處向表面無劃痕處擴(kuò)展。劃痕越深，零件的裂口就越大，實為零件沖壓開裂的一個

13、原因。 （2）表面臟污 沖壓件沖壓成品表面的光潔度是指覆蓋件沖壓成品表面受污染的程度（圖1.2），表面的殘留物會降低外耐腐蝕性同時會給表面磷化帶來影響，進(jìn)而影響車身漆膜的附著力。（3）麻點 圖1.3 麻點缺陷的表面低倍形貌 “麻點”（圖1.3）的產(chǎn)生是由于鋼和雜質(zhì)的塑性不同，在沖壓或通過夾送輥時雜質(zhì)被軋入鋼板表面的細(xì)小顆粒，結(jié)果鋼板表面呈現(xiàn)滿布的“麻點” ?！奥辄c”以獨特的形狀并具有促使污垢聚集的作用，使鋼板表面質(zhì)量惡化，對于要求具有良好表面質(zhì)量的汽車覆蓋件是很不利的。 圖1.4 壓痕（4）壓痕 沖壓件表面壓痕（圖1.4）是運輸時碰撞造成的缺陷，壓痕的出現(xiàn)大大影響了沖壓件的外觀，對于外觀要求嚴(yán)

14、格的沖壓件，這是不允許的。 （5）壓印圖1.5 壓印 由于輥面受損或有異物黏結(jié)導(dǎo)致在鋼板上周期性地出現(xiàn)壓?。▓D1.5），其形狀，大小基本相同。其周期(L)與輥子直徑(D)的關(guān)系為:L=D（為延伸系數(shù)）。壓印也是嚴(yán)重影響沖壓件外觀的因素之一，必須杜絕其出現(xiàn)。 （6）銹斑 圖 1.6 銹斑倉儲時濕度大、卷材包裝損壞、長期在庫等都是鋼板生銹的原因。銹斑（圖1.6）會降低覆蓋件表面噴涂時油漆的附著力或者磷化處理的質(zhì)量。同時，鋼板表面的銹斑增大了焊接時的電阻，容易引起焊點燒穿或焊接不牢，直接影響焊接質(zhì)量。3.2 內(nèi)部質(zhì)量要求金屬薄板的內(nèi)部缺陷主要是分層（圖1.7），薄板中的分層由于板材中的縮孔殘余、開口氣泡和夾雜物等在軋制過程中被軋扁而形成。當(dāng)薄板受到垂直于表面的拉應(yīng)力時，分層會嚴(yán)重影響薄板的強(qiáng)度，如圖1.8所示。若焊接坡口處有分層存在，它會促使焊縫產(chǎn)生缺陷。如果焊接應(yīng)力與分層的平面垂直，即使分層并不在坡口處開口，也會在焊接過程中被撕裂。因此，沖壓件坯板要求無分層缺陷。 圖1.7 分層 圖1.8 金屬薄板中分層缺陷4結(jié)束語：縱觀現(xiàn)代汽車業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，因汽車沖壓件質(zhì)量問題而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失較為嚴(yán)重。汽車沖壓件質(zhì)量要