前翼子板封板鋁合金級(jí)進(jìn)模技術(shù)開發(fā)應(yīng)用

文/鄭雄·東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司

前翼子板封板鋁合金級(jí)進(jìn)模技術(shù)開發(fā)應(yīng)用

文/鄭雄·東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司

鄭雄，助理工程師，主要從事汽車零部件及模具開發(fā)，完成神龍公司P84、C84、P87車型部分零件開發(fā)，獲得東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)公司科技與創(chuàng)新成果二等獎(jiǎng)。

鋁板與普通鋼板相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：密度低、質(zhì)量輕、可回收性強(qiáng)，使用其制造的汽車零部件可降低整車重量，起到節(jié)能減排的效果。但是同時(shí)由于鋁板的特性，使用鋁板做為材料進(jìn)行零部件生產(chǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很多問題，根據(jù)零件開發(fā)進(jìn)度，可將問題分為如下幾個(gè)方面：原材料運(yùn)輸存儲(chǔ)、沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)制造、質(zhì)量返修等。

級(jí)進(jìn)模技術(shù)作為目前主要的沖壓模具技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，較之普通的單工序鑄造模具，級(jí)進(jìn)模不僅生產(chǎn)速度快，而且在節(jié)省設(shè)備資源和人力資源上具有明顯的優(yōu)勢。同時(shí)，級(jí)進(jìn)模開發(fā)周期短，使用壽命長，無需考慮半成品沖壓件的存儲(chǔ)，節(jié)省運(yùn)輸和存儲(chǔ)的成本。但是，級(jí)進(jìn)模與普通鑄造模具相比對(duì)制造精度要求更高，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，維修也沒有單工序鑄造模具方便。

隨著人們生活水平的提高，對(duì)汽車的需求和要求日益增加，鋁合金級(jí)進(jìn)模制造技術(shù)在提升生產(chǎn)效率，降低制造成本和降低整車重量上有著明顯的優(yōu)勢，迎合了汽車零部件制造市場的發(fā)展。

存在的問題

⑴鋁板為易劃傷材質(zhì)，在生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生碎屑，級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)速度快，碎屑排除不及時(shí)容易劃傷產(chǎn)品。

⑵鋁板切邊沖孔時(shí)，較之鋼板更容易產(chǎn)生毛刺。

⑶鋁板時(shí)效期為六個(gè)月，時(shí)效期過后鋁板強(qiáng)度上升，包邊性能下降，容易開裂。

⑷鋁板在儲(chǔ)存及運(yùn)輸過程中容易發(fā)霉，主要表現(xiàn)為材料表面出現(xiàn)麻點(diǎn)，對(duì)運(yùn)輸和存儲(chǔ)提出更高的要求。

⑸鋁板成形性較鋼板差，對(duì)模具要求更高。

⑹鋁板較普通鋼板更軟，質(zhì)量返修時(shí)對(duì)操作人員的要求更高。

產(chǎn)品開發(fā)

選用汽車左/右前翼子板封板作為研究對(duì)象，進(jìn)行鋁板件級(jí)進(jìn)模技術(shù)應(yīng)用開發(fā)，零件簡圖如圖1所示。

以材料采購至零件裝箱整個(gè)過程為研究背景，將問題分為四個(gè)方面：原材料運(yùn)輸存儲(chǔ)、沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)制造、質(zhì)量返修，對(duì)四大問題進(jìn)行原因分析，并提出解決方案，從而完成整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)。

圖1 左/右前翼子板封板

原材料運(yùn)輸存儲(chǔ)

此次零件開發(fā)選定的是鋁板廠家洛貝麗斯的6系鋁合金卷料：Alu 6016，料厚為1.0mm。

選擇SPSS22.00軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料與計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)的表示方法分別為、率、百分比，對(duì)比方法分別為獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)、χ2檢驗(yàn)、配對(duì)t檢驗(yàn)等，檢驗(yàn)值為α=0.05。

東風(fēng)公司汽車沖壓件鋁板主要以采購進(jìn)口材料為主，因此采購周期較長，最少需要4個(gè)半月，在運(yùn)輸和存儲(chǔ)過程中非常容易出現(xiàn)發(fā)霉及表面劃傷等問題，主要表現(xiàn)為材料表面隨機(jī)出現(xiàn)無規(guī)律分布的麻點(diǎn)，造成這一現(xiàn)象的原因可能是：⑴料垛及卷料沾水或空氣存在的水汽；⑵材料表面油膜分布不均勻或受損，導(dǎo)致受損部位和空氣中存在的水汽產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；⑶鋁板本身在加工過程中表面會(huì)殘留酸堿等物質(zhì)，經(jīng)過一段時(shí)間后產(chǎn)生反應(yīng)，造成腐蝕；⑷鋁板在運(yùn)輸過程中包裝受損或沾水造成。

通過以上原因分析，在板料的運(yùn)輸、存儲(chǔ)過程中需嚴(yán)格控制，防止發(fā)霉，并通過防潮、防水、通風(fēng)存儲(chǔ)等措施進(jìn)行控制。

沖壓工藝設(shè)計(jì)

鋁板材料的特性決定其沖壓工藝有別于普通鋼板，在進(jìn)行級(jí)進(jìn)模沖壓排樣工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮以下幾點(diǎn)：

⑴盡量在拉延工序沖出所有型面；

⑵盡量避免使用廢料刀，尤其是外板件，修邊工序越少越理想，如果必須使用廢料刀則采用二級(jí)廢料刀；

⑶翻邊時(shí)R角需包裹在翻邊鑲塊里面；

⑷鋁板較之鋼板更加光滑，壓料力需大于鋼板的壓料力，約比鋼板的壓料力大25%～26%；

模具設(shè)計(jì)制造

由于鋁板的成形性能低于鋼板，在模具設(shè)計(jì)過程中對(duì)模具結(jié)構(gòu)提出更高的要求。

⑴拉延成形模。

鋁板在級(jí)進(jìn)模拉延成形過程中速度很快，以致板料和上下模之間的氣體無法順利排出，上下模閉合過程中，隨著壓入量加大，氣體壓強(qiáng)增大，氣體的壓力作用在較軟的鋁板上，容易造成鋁板件局部產(chǎn)生變形，造成尺寸和型面超差。這對(duì)模具提出更高的排氣要求，在模具設(shè)計(jì)時(shí)需考慮排氣性能。

成形鑲塊和模具型面需做拋光處理，粗糙度Ra≤2.5μm，沿工作方向拋光保證型面的光潔度，對(duì)鑲塊表面進(jìn)行鍍鉻處理。圖3、圖4分別為拉延模鑲塊的設(shè)計(jì)和制造圖。

⑵修邊模。

由于鋁板的性能較鋼板更軟，為防止修邊沖孔毛刺產(chǎn)生，對(duì)刀口的間隙提出了更高的要求，需嚴(yán)格控制在料厚的3%～4%之間，并且模具刃口要保證較高的強(qiáng)度，需達(dá)到HRC60以上。

圖2 左/右前翼子板封板沖壓工藝排樣圖

圖3 拉延鑲塊設(shè)計(jì)圖

圖4 拉延鑲塊制造圖

由于級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)速率快、效率高，鋁板在高速級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生碎屑，為防止碎屑的產(chǎn)生，凸模刃口不能加工成常用的尖角形式，需要加工成0.3mm的圓角（圖5），減小修邊產(chǎn)生的摩擦，這樣可起到一定的效果。同時(shí)也可以通過控制修邊刀口的切入量來控制碎屑，切入量越大，修邊碎屑越嚴(yán)重，刃口的切入深度一般為鋁板料厚、切入最小量、安全空間三者之和，如圖6所示。

在必要的情況下需在模具結(jié)構(gòu)中增加吹氣裝置，及時(shí)排除碎屑，以免劃傷零件，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。也可以通過定期檢查模具的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，防止碎屑的產(chǎn)生。最終模具如圖7所示。

圖5 沖頭設(shè)計(jì)

圖6 切入量示意圖

質(zhì)量返修

鋁板的特性決定了零件的特性，鋁合金生產(chǎn)的零件剛度普遍偏低，較鋼板生產(chǎn)的零件更軟，在存放及質(zhì)檢過程中需做到輕拿輕放，防止零件變形。

鋁板件的質(zhì)檢方法與鋼板件基本一樣，油石、目視和觸摸均可以檢查，但是檢查時(shí)必須控制壓力，以免造成壓力過大導(dǎo)致零件變形，在條件允許的情況下，可制作專用的打磨架進(jìn)行檢查。

圖7 前翼子板封板鋁合金級(jí)進(jìn)模示意圖

圖8 左/右前翼子板封板零件圖

打磨返修過程中，會(huì)產(chǎn)生鋁粉，顆粒微小的鋁粉可以在空氣中懸浮，當(dāng)空氣中的鋁粉達(dá)到一定量時(shí)，遇到火源易產(chǎn)生爆燃，這是重大的安全隱患。所以鋁板件的返修打磨必須在通風(fēng)、寬敞的環(huán)境下進(jìn)行，同時(shí)還需增加除塵裝置，進(jìn)行防塵處理。

實(shí)施效果

利用以上探討的關(guān)鍵因素和相應(yīng)對(duì)策，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的沖壓工藝和料帶排樣圖，通過合理模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造加工模具，成功縮短模具調(diào)試周期。經(jīng)過幾輪模具調(diào)試，最終生產(chǎn)出的零件（圖8）尺寸和外觀質(zhì)量均達(dá)到合格要求。

結(jié)論

⑴通過運(yùn)輸存儲(chǔ)過程中的防潮、防水、通風(fēng)等措施，能夠有效降低鋁板表面麻點(diǎn)的產(chǎn)生，保證零件的外觀質(zhì)量。

⑵通過合理的沖裁間隙，可降低修邊次數(shù)；進(jìn)行合理的工藝排樣，在零件制造過程中料帶穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)碎屑；經(jīng)過調(diào)試、修改刀口間隙和刃入量，成功消除了修邊沖孔的毛刺。

⑶模具設(shè)計(jì)制造過程中，通過合理的料帶布局，設(shè)計(jì)模具?？刂颇＞咧圃炀龋?jīng)過幾輪調(diào)試，消除了零件的回彈、碎屑和毛刺，最終使零件尺寸和質(zhì)量達(dá)到合格要求。