淺談降低汽車沖壓外觀件的返修率

文/高秀峰，漆世澤·廣汽本田汽車有限公司

針對汽車沖壓外觀零件不良返修項目，通過對不良項目發(fā)生原因進行分析，總結汽車沖壓各個工序常發(fā)的不良，對常發(fā)不良在模具上制定相應改善措施，降低汽車沖壓外觀零件的返修率。沖壓外觀零件返修率的降低，不僅提高沖壓生產效率、降低沖壓生產成本，同時塑造更高品質的汽車外觀，提升品牌的競爭力。

隨著用戶審美逐步提高及汽車行業(yè)競爭白熱化，需要更高品質的產品以滿足用戶與市場。輕微的品質不良，特別是第一眼就映入用戶眼簾的外觀出現不良時，會引起用戶投訴抱怨，降低汽車商品性和品牌競爭力，所以保證汽車的外觀品質變得極為重要。

汽車的制造主要有沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產工藝。沖壓工序主要是利用模具把鋼板沖制成汽車的車身主體，即車身外觀件(或稱外覆蓋件)及結構件。沖壓外觀件主要包括發(fā)動機罩外板、前翼子板、前車門外板、后車門外板、側圍外板、行李廂蓋外板、頂篷外板等。為了保證沖壓零件的強度及造型，往往需要千噸成形壓力使坯料達到塑性變形，在這么大的成形壓力下，即使小如頭發(fā)絲的異物粘附在模具型面上，都會造成沖壓外觀件品質不良。沖壓作為汽車制造第一道工序，只有生產高品質的零件，才能保證焊裝、涂裝、總裝的生產及整車的品質。

沖壓模具工藝

汽車沖壓模具按成形工藝可以劃分為落料、拉延、修邊、翻邊等工藝。落料是通過落料模將鋼卷沖制成特定形狀、尺寸的平板坯料；拉延(或稱拉深)是利用拉延模具將平板坯料沖制成具有特定造型的開口件，拉延確定零件的造型；修邊(或稱切邊)是利用修邊模具將拉延件的廢料切除，獲得一定輪廓的零件，修邊確定零件的尺寸輪廓；翻邊是利用翻邊模具將修邊件邊緣進行折彎，獲得完整形狀及精度的零件。

沖壓工序經過落料、拉延、修邊、翻邊后，合格的零件會投入到焊裝工序焊接汽車車身。若生產出的沖壓零件沒有達到品質要求，需要對零件返修，達到品質基準才能投入到焊裝工序；零件問題嚴重時只能報廢，極大的增加了沖壓生產成本。降低沖壓零件的返修率，不僅可以降低沖壓生產成本，也可以提高品牌的競爭力。

沖壓外覆蓋件不良返修項目

沖壓外覆蓋件主要的不良有：開裂、暗裂、起皺、麻點、毛刺、反抽、鐵屑回彈等(圖1)。開裂、暗裂是拉深變形抗力大于材料的有效抗拉強度，材料在某個地方突然開裂、變薄的現象。零件出現開裂或暗延工序麻點的返修。

圖1 沖壓不良項目

拉延工序

拉延工序主要的不良是麻點，坯料邊緣的毛刺、坯料表面的異物、空氣中游離的進入模具內的異物等都會造成麻點。主要通過模具鍍鉻及網格模降低拉延工序的返修率。

⑴模具鍍鉻(圖3)是使用電化學的方法，由化學反應分解產生的活性鉻離子在模具表面沉積形成一層約5 ～15μm 牢固的鉻層。模具鍍鉻可增大模具型面硬度、降低表面粗糙度，可保持模具型面的精度，延長模具使用壽命，主要適裂超出基準時，零件必須報廢。起皺是坯料受壓縮變形時材料流動不均勻而引起的，多出現在變形比較大的部位。開裂、暗裂、起皺多發(fā)生在拉延工序，由于對零件返修率影響小，本文不做重點介紹。

圖3 模具鍍鉻示意

麻點是異物粘附在板件或模具型面上，沖制時壓出微小凹點或凸點，麻點在拉延、修邊、翻邊工序都會發(fā)生，麻點的返修時間一般約10 分鐘。毛刺是模具刀口不鋒利、刀口硬度低或刀口間隙過大過小，沖制時坯料、零件邊緣出現尖點，毛刺主要發(fā)生在落料、修邊工序，毛刺的返修時間一般約1 分鐘。反抽是局部壓料板壓不緊零件或局部刀口垂直度不良，沖制時零件邊緣出現不整齊的反抽，反抽主要發(fā)生在落料、修邊工序，反抽的返修時間一般約3 分鐘。鐵屑回彈是批量生產時修邊工序產生的鐵屑未及時掉落，反彈粘附在板件或模具型面上，沖制時壓出凹點或凸點，鐵屑回彈的返修時間一般約10 分鐘。

降低沖壓外觀件不良返修率的方法

落料工序

落料工序主要的不良是毛刺，坯料邊緣的毛刺在拉延過程中脫落成鐵屑粘附在模具型面，沖制時產生麻點。為了避免落料模刀口崩缺導致的坯料毛刺，落料模鑄造完成后，對落料模刀口進行焊接，提高刀口的硬度和強度(圖2)，從而降低因坯料毛刺導致拉用于拉延模和翻邊、整形鑲塊，鍍鉻可以減少零件麻點、零件暗裂、拉傷等不良的發(fā)生，快速降低零件返修率提高零件品質。模具鉻層外觀件的使用壽命約9萬～14 萬沖次，內部結構件的使用壽命約15 萬～30萬沖次。

圖2 提高落料模刀口硬度

⑵網格模(圖4)是利用數控機床對模具型面進行交叉加工，在模具型面形成均勻交錯的網格化凹槽，模具網格凹槽在拉延過程中用于存儲異物。當異物落入網格凹槽中時，避免異物粘附在板件或模具型面上形成麻點。生產完成后對網格凹槽中的異物進行清理，大幅降低生產過程中麻點不良的發(fā)生，提高生產效率。

圖4 網格模

修邊工序方案

修邊工序主要的不良是毛刺、反抽、鐵屑回彈，刀口間隙和垂直不良、鐵屑反彈到板件或模具型面等都會造成不良，主要通過優(yōu)化刀口來降低修邊工序不良的返修率。

⑴刀口間隙、垂直度保證。對于修邊上下模，需要保證刀口的間隙與垂直度。刀口間隙一般為板厚的6%～8%，可通過保險絲測量。垂直度可以通過紅丹檢查，保證距離刀刃位置5mm 內有紅丹著色。對于裝配在模具本體上的刀塊、廢料刀等，需要保證裝配面的平面度小于0.015/100，垂直度小于0.03/150，靠背紅丹接觸率不小于90%。刀口間隙、垂直度等是模具基礎要求，只有在基準范圍內，才能保證批量生產中零件品質穩(wěn)定。

⑵廢料刀避空3mm(圖5)。模具修邊時，在上模廢料刀與上模修邊刀交接處的尖點先接觸板件，把板件先刺出一個三角形的洞，然后廢料刀和修邊刀同時對板件進行剪切，由于下模廢料刀離板件有3mm高，上模廢料刀尖點刺破時是離空修剪，等廢料再次到下模廢料刀時，又再一次進行剪切，從而產生二次剪切，而且二次剪切位置不一定重合，就容易產生條狀鐵屑。對下模廢料刀避空3mm，鐵屑從縫隙中掉下，廢料沒有進行二次剪切，減少鐵屑產生。

圖5 廢料刀避空3mm

⑶廢料刀DLC。DLC(Diamond Like Carbon)模具刀口“類金剛石”處理，是指氬離子撞擊工件表面產生熱量，吸附乙炔電離出來的C:H 離子,形成具有高硬度和低摩擦的涂層，涂層厚度2 ～5μm。經過DLC 處理的刀口，刀口硬度大于2600HV，表面粗糙度Ra 小于0.1μm，對比處理前硬度約50HRC，表面粗糙度Ra 約0.4μm，刀口性能有了極大的提升，特別是刀口表面粗糙度的降低，使修邊產生的鐵屑不易附著在刀口，減少鐵屑回彈導致的不良返修。

⑷模具藏屑孔(圖6)。參照網格模的思路，可以在修邊模具的壓料板、下模型面板件區(qū)域手工鉆出約φ8mm 的藏屑孔。修邊時粘附在板件表面或模具型面的異物在藏屑孔區(qū)域被避開，減少零件外表面由于異物造成的返修。

圖6 模具藏屑孔

⑸上模吹氣嘴(圖7)。在修邊模具的上模安裝吹氣嘴，修邊過程中，吹氣嘴將粘附在板件表面的異物吹離板件，減少因異物導致壓凹等不良的發(fā)生。

圖7 上模吹氣嘴

⑹廢料刀吸氣嘴(圖8)。在下模廢料刀安裝吸氣嘴，修邊過程中產生的鐵屑通過吸氣嘴的負壓吸入安裝在模具內部的收集器中，降低鐵屑反彈粘附在零件及模具型面上造成零件返修。

圖8 廢料刀吸氣嘴

翻邊工序方案

翻邊工序主要的不良是鐵屑回彈，主要是修邊工序的鐵屑以及翻邊時鑲塊間隙、硬度、表面粗糙度不良產生的鐵屑粘附在板件或模具型面。對于翻邊鑲塊，通過鍍鉻提高硬度、降低表面粗糙度，降低不良返修率；對于上下模與壓料板，通過藏屑孔、在上模吹氣等降低零件的不良返修率。

結束語

對于汽車沖壓外觀零件不良，通過模具上的對策降低返修率。在落料工序，對落料模刀口進行焊接加工，保證刀口硬度，避免毛刺，從而降低因板料毛刺造成拉延工序的不良返修率；在拉延工序，對拉延模具進行鍍鉻、網格模，降低拉延工序的不良返修率；在修邊工序改善刀口間隙垂直度、廢料刀避空3mm、廢料刀DLC、模具藏屑孔、上模吹氣嘴、廢料刀吸氣嘴等措施降低修邊工序的不良返修率；在翻邊工序，對翻邊鑲塊鍍鉻、上模吹氣嘴、模具藏屑孔等措施降低翻邊工序的不良返修率。

沖壓外觀件返修率的降低，提高了沖壓生產效率，同時也塑造高品質汽車外觀，讓品牌在市場中更具競爭力。