先進高強鋼沖壓成形的缺陷分析與質量控制措施

游劍文

（惠東技工學校，廣東 惠州 516300）

先進高強鋼具有很好的吸收性能，被廣泛應用于汽車業、航空業、醫療器具業、機械業、軍工業等，可以提高汽車輕量化和汽車安全性，汽車結構件、安全件和加強件都是使用先進高強鋼制作而成。先進高強鋼的加工方法有鑄造、鍛造、沖壓等，其中一半以上的先進高強鋼都是使用沖壓加工方法。沖壓隸屬于材料成型工程技術，它的加工方法是借助于常規或專用沖壓設備的動力，使放在沖壓模具里的先進高強鋼受到力的作用，產生形變，從而將其制成人們需要的各種零部件。沖壓模具是沖壓加工技術專用的模具，是批量加工各種零部件的重要工具，它的質量決定著生產出的零部件的質量，它與沖壓工藝、設備、材料是沖壓加工方法的重要組成。沖壓可以分為熱沖壓和冷沖壓，面對不同的零部件，會選擇合適的沖壓方式對先進高強鋼進行加工。對零件變形抗力要求高、先進高強鋼可塑性較差的一般采用熱沖壓加工方式，冷沖壓加工方式一般是在室溫進行，對比較薄的先進高強鋼進行加工[1]。沖壓加工方法加工出來的零部件具有輕、薄、勻、強的特點，可以提高先進高強鋼的剛性。雖然沖壓加工方法效率高，成本低，比鍛造加工方法和鑄造加工方法加工出的零部件優良，但是沖壓加工方法對加工的先進高強鋼要求極高，先進高強鋼厚度必須精確、均勻，形狀規則，延展性好，表面光滑整潔。使用沖壓加工方法加工先進高強鋼，很容易在制作過程中形成缺陷，是以本文提出的先進高強鋼沖壓成形的缺陷分析與質量控制措施十分重要。

1 分析先進高強鋼沖壓成形的缺陷

1.1 破裂

使用沖壓加工方法加工先進高強鋼會形成破裂缺陷，在加工過程中，沖壓加工方法對先進高強鋼厚度要求可以比正常加工厚度減少4%～20%，一旦加工過程中，先進高強鋼的厚度比正常加工厚度低太多，不僅會削弱生成零件的剛度，更嚴重的情況下，還會導致先進高強鋼破裂，報廢。由此可見，破裂是先進高強鋼沖壓成形過程中產生的嚴重質量問題之一。根據破裂程度不同，可以將破裂分為微觀和宏觀兩種情況。微觀破裂就是指肉眼看不到或只能隱約看見卻看不清的裂紋、裂縫，需要使用一些特定的工具對缺陷位置進行查看；微觀破裂雖然不會致使加工好的零部件直接報廢，但是實際上微觀破裂的那部分也已經失去原本的作用，縮短了使用年限。宏觀破裂是指肉眼可以看見的裂痕、斷裂，這種明顯的沖壓成形缺陷已經導致先進高強鋼加工而成的零部件無法使用，是報廢品。破裂一般發生在深沖工藝中小半徑區域、凸模圓角處、側壁中心以及材料通過拉延筋進入凹模導致流動受阻的區域。

1.2 起皺

使用沖壓加工方法加工先進高強鋼會形成起皺缺陷，起皺缺陷是一種典型的質量缺陷，會直接影響產品的美觀度，對一些要求零部件表面光滑整潔的是非常嚴重的問題，會導致這個零部件直接報廢，一旦該零件接下來還有其加工程序，無法進行二次加工，會給生產帶來極大損失。對先進高強鋼進行沖壓加工成形的起皺缺陷是因為局部壓力過大，導致先進高強鋼厚度方向喪失保持穩定平衡能力。不同的原因會形成不同的起皺，主要分為材料堆積起皺和失穩起皺兩種。材料堆積起皺是因為在沖壓加工過程中，進入沖壓模具先進高強鋼過多，致使先進高強鋼堆積，從而引起材料堆積性起皺，如圖1所示。失穩起皺是因為沖壓加工過程中先進高強鋼喪失保持穩定平衡能力引起的失穩起皺。

圖1 材料堆積起皺缺陷圖

1.3 毛刺

使用沖壓加工方法加工先進高強鋼會形成毛刺缺陷，毛刺缺陷是沖壓加工過程中產生的正常缺陷，一般情況下，毛刺缺陷需要控制在0.1mm以內。但是毛刺缺陷對有精度要求的零件影響是非常大的，會導致該零件焊裝裝配不良，第二道工序無法進行，產品的質量和美觀不達標等問題。毛刺一般出現在先進高強鋼切口、沖壓模具面的位置，制成不同的零件，毛刺的方向也會不同，如沖孔零件沖壓成形的毛刺產生在沖壓模具凹模一面，落料零件沖壓成形的毛刺產生在沖壓模具凸模的一面，主要是因為先進高強鋼質地過軟，在沖壓加工過程中被拉斷，沖壓成形的毛刺則會產生在斷口處，如圖2所示。

圖2 斷口毛刺缺陷圖

2 研究沖壓成形缺陷的質量控制措施

2.1 破裂缺陷質量控制措施

破裂是因為先進高強鋼薄厚不均勻，使用沖壓加工方法對先進高強鋼加工時，先進高強鋼最薄位置厚度低于標準厚度最低值時，在加工過程中，超出先進高強鋼最薄位置厚度的拉伸極限值，從而造成先進高強鋼加工而成的零部件出現破裂缺陷[2]。是以應該根據加工零部件的形狀，選擇相同尺寸形狀的先進高強鋼，了解先進高強鋼的參數，如表1所示；在加工過程中，調整加工過程中產生的流動阻力，在不影響加工零部件的前提下，對先進高強鋼容易破裂的區域附近沖切工藝切口，從而使易破裂區域從相鄰區域得到補充；拉延筋參數雖然可以防止凸緣部位產生褶皺，但是也增加了先進高強鋼進入沖壓模具的流動阻力，因此需要調正拉延筋參數，減小先進高強鋼進入沖壓模具的流動阻力；在沖壓加工過程中，會對先進高強鋼使用潤滑劑，避免干燥問題，但是潤滑劑在加工使用過程中可能存在使用不當問題，因此應該規定潤滑劑的使用時間和使用區域，從而避免先進高強鋼沖壓成形的破裂缺陷。

表1 先進高強鋼參數表

2.2 起皺缺陷質量控制措施

沖壓加工過程中形成的起皺缺陷，是因為先進高強鋼堆積起皺和先進高強鋼喪失保持穩定平衡能力，為此可以增加先進高強鋼進入沖壓模具的流動阻力，防止先進高強鋼過多進入沖壓模具，還可以使用緩蝕劑酸洗液清洗先進高強鋼沖壓加工成零件的起皺部位，消掉多余材料，緩蝕劑酸洗液清洗先進高強鋼表面起皺度參數值如表2所示；改變先進高強鋼內部力狀態，調整先進高強鋼流動方向，從而使先進高強鋼具有保持穩定平衡的能力。從而避免先進高強鋼沖壓成形的起皺缺陷。

表2 起皺度參數值

2.3 毛刺缺陷質量控制措施

沖壓加工過程中形成的毛刺缺陷，是因為先進高強鋼質地過軟、沖壓模具刀塊使用方法和質量問題、沖壓模具之間存在間隙等問題。在制作需要的零件過程中，需要先對先進高強鋼塑型，經過彈性形變作用和塑性形變作用后，致使先進高強鋼質地過軟，導致先進高強鋼接受沖壓加工過程中斷裂，在斷口形成毛刺缺陷，致使這部分材料損毀[3]。是以需要根據加工成的零件，選擇參數合適的先進高強鋼，考慮彈性形變作用和塑性形變作用對先進高強鋼質地的影響，控制彈性形變和塑性形變作用力。沖壓模具刀塊使用方法和質量問題、沖壓模具之間存在間隙都是因為使用方法錯誤導致。用沖壓模具刀塊加工先進高強鋼不同面需要使用不同的安裝方法。加工過程中，沖壓模具刀塊積蓄的熱量，需要進行冷處理。沖壓模具刀塊刃口經過長時間使用出現磨損情況，需要及時更換刀塊。加工前，必須隨時對沖壓模具進行檢查，沖壓模具中的凹模和凸模位置是否正確，使用模具切割時，上下裂紋是否會重合，只有上下裂紋重合時，沖壓模具加工過程中才不會產生毛刺。

表3 沖壓成形的缺陷原因控制措施總結表

3 結語

綜上所述，沖壓加工先進高強鋼批量生產零部件是當前最重要的加工方法，但是沖壓加工的過程中，會形成各種缺陷，影響零件二次加工，產生質量問題和安全問題，影響生產出的產品美觀度，甚至導致生產出報廢品，浪費時間和生產力。是以本文提出的先進高強鋼沖壓成形的缺陷分析與質量控制措施這一課題具有十分重要的意義。本文對先進高強鋼沖壓加工過程中形成的破裂、起皺、毛刺的缺陷，尋找引起的原因，提出改進辦法。沖壓加工過程中形成的缺陷還有許多，并不完善，還需要不斷尋找沖壓加工先進高強鋼過程中存在的缺陷并加以解決。