汽車沖壓件縮頸、開裂原因分析及解決方案研究

文/曾平川，楊運良，杜敏·一汽-大眾汽車有限公司成都分公司

汽車沖壓件在生產過程中常伴隨發生縮頸、開裂、起皺、表面拉毛、翻邊波浪、翻邊帶料、翻邊高度變化、翻邊型面坑包、翻邊開裂、修邊沖孔毛刺、修邊沖孔帶料、修邊尺寸變化等缺陷，給正常的沖壓件生產造成生產停滯損耗、缺陷返修損耗，給后續部件組裝、整車匹配造成嚴重影響，無形中增加了制造成本，降低了產品質量，更在日趨激烈的市場競爭中降低了自主產品的競爭力。現階段處理這些問題的方法眾多，效果參差不齊，很多手段只是起到了臨時修復作用，不能長期穩定地保持。作為模具維修人員，必須能夠快速準確地分析出造成缺陷的根本原因，快速地排除缺陷以提升生產效率、穩定生產質量。為此，筆者針對汽車沖壓件在生產過程中產生的各類缺陷，將從業28 年總結的經驗和對模具制造調試的個人見解分享給行業人士，期望能對模具維修行業起到一定的促進作用。

沖壓件縮頸、開裂原因分析

縮頸是指板材在拉伸過應力作用下局部截面縮減的現象，如圖1 所示。開裂是指板材在拉伸過程中由于縮頸加劇到板材徹底分離形成開口，如圖2 所示。

圖1 縮頸

圖2 開裂

在壓機上，單動拉延模具壓料圈由壓機下頂桿托起至高于模具凸模型面，擺放材料于壓料圈之上，如圖3 所示。壓機上滑塊下壓至接觸材料時，如圖4 所示，壓料部分形成初始壓力也就是材料流動阻力，持續向下，材料克服壓料力向模腔內流動直至模具壓到底部，凸模表面、凹模表面同時與材料上下表面全面接觸，材料拉延完成。在此過程中，局部阻力產生異變大于材料的抗拉系數就會產生局部區域的縮頸、開裂。材料流動部位包括壓料面、拉延筋槽、模具凸R、模具側壁。

圖3 板料擺放于模具壓料圈上

圖4 模具下壓形成初始壓邊力

壓料面阻力異變的原因

壓料面的作用是保證材料在流動過程中不起皺，使材料能平穩均勻地向模腔內流動。前提是要求上下壓料面之間的間隙要均勻且大于材料厚度，根據實際效果驗證，間隙大于料厚0.1 ～0.2mm 較為合理，如圖5 所示，一旦間隙小于料厚，在連續摩擦磨損的作用下，就會在壓料面上形成個別凸起的高點，相當于減小了受力面積，高點處的壓強就會倍增，從而導致材料流動局部阻力增加，使材料不均勻流動造成材料縮頸的產生；剛開始通過降低壓邊力或抬高平衡塊能起到作用，持續到一定時間就沒有作用了，只能通過重新研修壓料面才能恢復拉延效果，這樣既費時又費力，還會帶來無法預估的生產損耗和零件返修損耗。

圖5 壓料面壓料狀態

拉延筋阻力異變的原因

拉延筋是賦予材料拉伸阻力最重要的方式，通過使材料產生塑性變形形成相對穩定的阻力，受溫度、壓力、材料參數影響很小。材料只要克服阻力向模腔內流動，就能達到拉伸最穩定的方式；導致拉延筋阻力異變的原因就是筋、槽之間的間隙小于料厚，如圖6 所示，導致阻力意外增加，使模具在生產過程中間斷地發生縮頸、開裂。

圖6 筋槽間隙小于料厚

模具R 阻力異變的原因

材料流動都是緊貼凸R 進行的，由于緊貼就會增加材料流動的摩擦阻力。導致R 阻力異變的唯一原因就是R 的圓滑程度，當R 不圓滑時(R 有棱線），如圖7 所示，相當于減小了R 的半徑，材料在流過時就會產生相對于原有R 更大的阻力，這樣阻力也就意外地增加了，表現形式就是生產到一定數量后間斷發生局部縮頸，嚴重時直接開裂。

圖7 R 不圓滑有棱線

模具側壁間隙阻力異變的原因

材料在流動過程中經過最多的位置就是模腔側壁，模腔側壁間隙就是材料流動的通道，如圖8 所示，理論上是不會產生進料阻力的，而產生模腔側壁阻力異變的唯一原因就是模腔側壁間隙小于材料厚度阻斷了材料的繼續流動。

圖8 模腔側壁間隙

沖壓件縮頸、開裂問題的解決方案

壓料面阻力異變的處理

⑴拆卸周圈平衡塊，逐一編號妥善放置；

⑵切割板料，使之內圈形狀與壓料圈內圈基本相同；

⑶壓料圈頂起，放置切割板料后下壓，壓至拉延筋完全成形后即可；

⑷成形料圈雙面涂藍油(藍油要刷的薄且均勻）后放至壓料圈原位置再次壓制，形成壓料面著色圖，如圖9 所示；

圖9 壓料面著色圖

⑸觀察成形料圈正面著色圖，對應查看壓邊圈上著色位置，位置相同點即為高點，用記號筆做標記；

⑹利用砂輪機對標記區域進行打磨和油石推光；

⑺反復⑷⑸⑹步驟，直至著色圖均勻，無明顯高點，筋槽以外區域著色率達到80%以上，筋槽以內管理面著色率100%；

⑻去掉平衡塊墊片后安裝平衡塊，在平衡塊上放置鉛絲，壓料面上帶料片再次壓制，實測平衡塊高度差；

⑼根據所測差值填充相等厚度的墊片后再次帶料片壓制，觀察平衡塊和料片著色，平衡塊著色實且均勻，如圖10 所示，料片著色與不帶平衡塊著色基本相同即可；

圖10 平衡塊著色圖

⑽所有平衡塊再增加0.2mm 墊片。

這樣，拉延過程中板料在不會起皺的同時也不會因為壓料高點產生壓邊力異變，能保證拉延工作的長期持續穩定。

拉延筋阻力異變的處理

⑴拆卸周圈平衡塊，逐一編號，妥善放置；

⑵切割板料，使之內圈形狀與壓料圈內圈基本相同；

⑶壓料圈頂起，放置切割板料后下壓，壓至拉延筋完全成形后即可；

⑷成形料圈雙面涂藍油后放至壓料圈原位置再次壓制，形成壓料面著色圖；

⑸觀察壓料圈筋槽兩側和底部，對應查看料圈筋槽兩側(圖11）、底部和根部有無相同位置壓痕，位置相同點即為間隙不足點，用記號筆做標記；

圖11 料圈筋槽側壁著色

⑹利用砂輪機對標記區域進行打磨和油石推光；

⑺反復⑷⑸⑹步驟，直至完全無壓痕著色點。更換新的料圈再次壓制，直至完全無壓痕著色點后壓鉛絲實測筋槽間隙(圖12），將間隙做到大于料厚0.2 ～0.3mm；

⑻回裝平衡塊，用新板料雙面涂色逐步進行拉延，查看筋槽是否還存在著色點。

這樣，板料在拉延過程中除壓料間隙平整板料、拉延筋提供變形阻力外不會再附加異變阻力，能保證拉延工作的長期持續穩定。

模具R 阻力異變的處理

⑴標記縮頸、開裂區域R；

⑵用R 規對流經區域的R 進行檢查，也可用0.1mm 鋼片涂色順材料流動方向在R 上拉動，R 不圓滑處著色會斷開；

⑶利用合金銼刀、油石以弧形運動方式對R 進行精修(圖13），并不斷檢測，直至R 完全圓滑，鋼片著色完整無斷線；

圖13 用銼刀、油石精修R

⑷利用砂布或砂紙緊貼R，按進料方向進行左右拉動拋光(圖14），可以更好地消除R 上的高點。

圖14 用砂布或砂紙精修R

這樣，板料在拉延過程中除壓料間隙平整板料、拉延筋提供變形阻力外不會再附加異變阻力，能保證拉延工作的長期持續穩定。

模具側壁間隙阻力異變的處理

⑴準備拉延件，雙面涂色備用；

⑵將壓料圈降至最低，把涂好色的拉延件放置到凸模上，壓機下壓至生產高度，壓成著色圖，如圖15 所示；

⑶用壓制的著色零件內壁對應凹模側壁查看側壁著色情況，如圖16 所示；有對應位置同時著色說明側壁間隙不足，用記號筆做標記；

圖16 用零件料厚實測側壁間隙

⑷在標記位置放置鉛絲進行不帶零件空壓，實測側壁間隙，并用砂輪機在標記位置打小坑做深度基準點(便于節約施工時間，提高效率），如圖17 所示；

⑸依據基準點進行打磨、推光；

⑹反復⑵⑶⑸步驟，直至換新零件壓制完全沒有著色點后，再次多點測量側壁間隙，直至間隙大于板料厚度0.05 ～0.1mm。

這樣，拉延過程中板料在通過側壁時不會再因為側壁間隙過小導致異變阻力，能保證拉延工作更加穩定。

結束語

綜上所述，零件的拉延是一個系統的工作過程，當這個過程中的某一個元素出現偏差時就會對零件的成形造成阻礙，進而形成零件缺陷。之前很多縮頸、開裂的處理都是調整壓力、墊高平衡塊以增加壓料間隙、放低拉延筋、放大R 等方式，沒有細致地按照一定的流程去排除造成縮頸開裂的主因，雖然短期會有一定的效果，但不能持久穩定。按照一定的流程進行原因分析和問題處理，可以讓我們更加清晰、更加快捷地確定原因和排除故障，維護正常高效的在線生產。