橋殼沖壓成型過程開裂問題探究及工藝改進(jìn)

關(guān)鍵詞：沖壓成型；模具；橋殼；開裂

0 引言

汽車沖焊結(jié)構(gòu)后橋橋殼的沖壓模具涉及厚板沖壓成型技術(shù)，在壓型過程中通常會(huì)采用潤滑脂或其他潤滑劑以減少成型時(shí)的摩擦、降低噪聲，并達(dá)到預(yù)期的壓型效果。其中，沖壓成型開裂是一種常見的工藝難題，尤其容易發(fā)生在板料造型復(fù)雜的區(qū)域。為了預(yù)防沖壓開裂，首要任務(wù)是深入了解材料的基本性能和特點(diǎn)，從而選擇合適的材料和工藝參數(shù)。其次，合理的模具設(shè)計(jì)同樣至關(guān)重要，因?yàn)槟＞叩木燃捌浔砻嫣幚碣|(zhì)量直接關(guān)乎產(chǎn)品的成形質(zhì)量。此外，原材料表面的劃痕、凹坑、夾渣等缺陷也是影響成型過程的關(guān)鍵因素。

本文通過從人員操作、機(jī)器設(shè)備、原材料、工藝方法以及生產(chǎn)環(huán)境等多個(gè)維度，對(duì)8 mm 橋殼半體模具沖壓成型過程中出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象進(jìn)行深入分析。針對(duì)原材質(zhì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（ 圖1a）、模具結(jié)構(gòu)（ 圖1b）、原材料質(zhì)量以及加工工藝過程等方面提出改進(jìn)措施。這些措施使得橋殼半體在壓型過程中橋包開裂（ 圖1c） 的比例由5% 降低到1‰，從而有效提升了產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到了提質(zhì)增效的目的。

1 材質(zhì)分析

測(cè)量并選取開裂部位的35×35 mm 樣塊， 對(duì)國標(biāo)Q355B[1] 進(jìn)行理化分析、原材料力學(xué)性能分析、非金屬夾雜物等級(jí)[2] 評(píng)估以及電鏡掃描等檢測(cè)手段，以全面排查原材料可能存在的問題。

1.1 理化分析（ 見表1）

小結(jié)：經(jīng)過測(cè)試，原材料的化學(xué)成分[3] 完全符合國標(biāo)Q355B 的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 力學(xué)分析（ 見表2）

小結(jié)：冷彎試驗(yàn)所選用的彎心直徑過大，無法反饋真實(shí)的冷壓成型工藝性能。

1.3 非金屬夾雜物分析（ 見表3）

開裂源附近板料的非金屬夾雜物評(píng)級(jí)結(jié)果如表3 所示，評(píng)級(jí)整體較低。

小結(jié)：國標(biāo)對(duì)低合金鋼鋼板非金屬夾雜物無要求。因此，從非金屬夾雜物的角度來看，本次檢測(cè)的原材料并未發(fā)現(xiàn)明顯的異常或超標(biāo)情況。

1.4 電鏡掃描分析

對(duì)半殼體開裂附近的板料剖面進(jìn)行了詳細(xì)的掃描電鏡分析（ 見圖2），觀察結(jié)果顯示，該區(qū)域存在較多的孔洞。這些孔洞的尺寸范圍大致在2～11 μm。為了進(jìn)一步探究孔洞的化學(xué)組成，采用X 射線能譜進(jìn)行分析結(jié)果顯示，這些孔洞內(nèi)含有較多的Al、O 元素，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了個(gè)別MnS 夾雜物的聚集現(xiàn)象。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及模具分析

2.1 橋包中間聚料測(cè)量

在壓型過程中，中間圓形孔向中心內(nèi)部聚料（ 見圖3），導(dǎo)致原定的8 mm（0 +0.3） 料厚[4] 顯著增加，最大增厚至9.33mm（ 見表4），中心增厚達(dá)到1.33 mm。初步分析認(rèn)為，板料在壓型入模瞬間，由于模具形狀的限制，材料向內(nèi)變化急促，導(dǎo)致中心翻邊部位承受較大的拉力，從而產(chǎn)生拉裂趨勢(shì)。因此，改變板料入模瞬間的流動(dòng)狀態(tài)是減緩入模阻力、避免拉裂的直接有效方式。

2.2 模具更改

根據(jù)產(chǎn)品橋包部位聚料的測(cè)量結(jié)果，我們重新設(shè)計(jì)并制造了模具[5] 的凹模入模R 角（ 見圖4）。新模具采用“圓弧+45°斜面+ 圓弧”的3 段連接方式，這種設(shè)計(jì)旨在通過減小力臂來降低入模阻力，從而改善材料的流動(dòng)狀態(tài)，避免在壓型過程中產(chǎn)生過大的拉力。

3 來料外觀劃痕分析

經(jīng)過細(xì)致的對(duì)比跟蹤，我們發(fā)現(xiàn)輕微裂紋的出現(xiàn)往往與周邊板料來料表面的劃痕存在關(guān)聯(lián)。為了深入理解這一現(xiàn)象，我們對(duì)來料表面的劃痕進(jìn)行了系統(tǒng)的收集，并緊密跟進(jìn)試壓過程。觀察結(jié)果顯示，那些帶有劃痕的板料，在翻邊圓弧處均出現(xiàn)了不同程度的輕微裂紋（ 見圖5）。后續(xù)的生產(chǎn)加工過程中需要加強(qiáng)對(duì)來料表面質(zhì)量的管控，確保所有原材料都符合技術(shù)要求，嚴(yán)格控制外觀缺陷的出現(xiàn)。

4 減少壓型過程中的摩擦

在生產(chǎn)試壓數(shù)據(jù)的收集過程中，我們發(fā)現(xiàn)原材料在加工時(shí)，為了確保其外觀質(zhì)量，通常會(huì)采用拋丸[6] 方式進(jìn)行除銹和雜質(zhì)處理。這種方法會(huì)潛在地增加板料表面的粗糙度，進(jìn)而增大壓型過程中板料流動(dòng)的摩擦系數(shù)。為了驗(yàn)證這一因素對(duì)壓型過程的具體影響，我們進(jìn)行了試壓對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，取消原材料的拋丸表面處理方式后，壓型過程中的摩擦因素得到了顯著減少，板料成型運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦系數(shù)也相應(yīng)降低。這一改變對(duì)于預(yù)防和減少開裂問題起到了積極的作用（ 見表5）。

5 結(jié)束語

綜上所述，我們針對(duì)壓型開裂現(xiàn)象進(jìn)行了多方面的分析，包括優(yōu)化材質(zhì)中的非金屬夾雜物、調(diào)整模具結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)來料外觀管控以及減少壓型過程中的摩擦等。通過實(shí)施這些措施，我們?cè)诤罄m(xù)的加工過程中成功地改善了壓型開裂現(xiàn)象。開裂的占比由原先的5% 逐步降低至1‰，取得了顯著的成效。