前翼子板封板鋁合金級進模技術開發應用

文/鄭雄·東風（武漢）實業有限公司

前翼子板封板鋁合金級進模技術開發應用

文/鄭雄·東風（武漢）實業有限公司

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

鋁板與普通鋼板相比，具有明顯的優點：密度低、質量輕、可回收性強，使用其制造的汽車零部件可降低整車重量，起到節能減排的效果。但是同時由于鋁板的特性，使用鋁板做為材料進行零部件生產時也會產生很多問題，根據零件開發進度，可將問題分為如下幾個方面：原材料運輸存儲、沖壓工藝設計、模具設計制造、質量返修等。

級進模技術作為目前主要的沖壓模具技術具有明顯的優點，較之普通的單工序鑄造模具，級進模不僅生產速度快，而且在節省設備資源和人力資源上具有明顯的優勢。同時，級進模開發周期短，使用壽命長，無需考慮半成品沖壓件的存儲，節省運輸和存儲的成本。但是，級進模與普通鑄造模具相比對制造精度要求更高，結構更加復雜，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，對汽車的需求和要求日益增加，鋁合金級進模制造技術在提升生產效率，降低制造成本和降低整車重量上有著明顯的優勢，迎合了汽車零部件制造市場的發展。

存在的問題

⑴鋁板為易劃傷材質，在生產過程中易產生碎屑，級進模生產速度快，碎屑排除不及時容易劃傷產品。

⑵鋁板切邊沖孔時，較之鋼板更容易產生毛刺。

⑶鋁板時效期為六個月，時效期過后鋁板強度上升，包邊性能下降，容易開裂。

⑷鋁板在儲存及運輸過程中容易發霉，主要表現為材料表面出現麻點，對運輸和存儲提出更高的要求。

⑸鋁板成形性較鋼板差，對模具要求更高。

⑹鋁板較普通鋼板更軟，質量返修時對操作人員的要求更高。

產品開發

選用汽車左/右前翼子板封板作為研究對象，進行鋁板件級進模技術應用開發，零件簡圖如圖1所示。

以材料采購至零件裝箱整個過程為研究背景，將問題分為四個方面：原材料運輸存儲、沖壓工藝設計、模具設計制造、質量返修，對四大問題進行原因分析，并提出解決方案，從而完成整個產品的開發。

圖1 左/右前翼子板封板

原材料運輸存儲

此次零件開發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軟件進行分析，計量資料與計數數據的表示方法分別為、率、百分比，對比方法分別為獨立樣本t檢驗、χ2檢驗、配對t檢驗等，檢驗值為α=0.05。

東風公司汽車沖壓件鋁板主要以采購進口材料為主，因此采購周期較長，最少需要4個半月，在運輸和存儲過程中非常容易出現發霉及表面劃傷等問題，主要表現為材料表面隨機出現無規律分布的麻點，造成這一現象的原因可能是：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，導致受損部位和空氣中存在的水汽產生化學反應；⑶鋁板本身在加工過程中表面會殘留酸堿等物質，經過一段時間后產生反應，造成腐蝕；⑷鋁板在運輸過程中包裝受損或沾水造成。

通過以上原因分析，在板料的運輸、存儲過程中需嚴格控制，防止發霉，并通過防潮、防水、通風存儲等措施進行控制。

沖壓工藝設計

鋁板材料的特性決定其沖壓工藝有別于普通鋼板，在進行級進模沖壓排樣工藝設計時必須考慮以下幾點：

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廢料刀；

⑶翻邊時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%；

模具設計制造

由于鋁板的成形性能低于鋼板，在模具設計過程中對模具結構提出更高的要求。

⑴拉延成形模。

鋁板在級進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生變形，造成尺寸和型面超差。這對模具提出更高的排氣要求，在模具設計時需考慮排氣性能。

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，對鑲塊表面進行鍍鉻處理。圖3、圖4分別為拉延模鑲塊的設計和制造圖。

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生，對刀口的間隙提出了更高的要求，需嚴格控制在料厚的3%～4%之間，并且模具刃口要保證較高的強度，需達到HRC60以上。

圖2 左/右前翼子板封板沖壓工藝排樣圖

圖3 拉延鑲塊設計圖

圖4 拉延鑲塊制造圖

由于級進模生產速率快、效率高，鋁板在高速級進模生產過程中容易產生碎屑，為防止碎屑的產生，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），減小修邊產生的摩擦，這樣可起到一定的效果。同時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構中增加吹氣裝置，及時排除碎屑，以免劃傷零件，影響產品外觀質量。也可以通過定期檢查模具的導向機構，防止碎屑的產生。最終模具如圖7所示。

圖5 沖頭設計

圖6 切入量示意圖

質量返修

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

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

圖7 前翼子板封板鋁合金級進模示意圖

圖8 左/右前翼子板封板零件圖

打磨返修過程中，會產生鋁粉，顆粒微小的鋁粉可以在空氣中懸浮，當空氣中的鋁粉達到一定量時，遇到火源易產生爆燃，這是重大的安全隱患。所以鋁板件的返修打磨必須在通風、寬敞的環境下進行，同時還需增加除塵裝置，進行防塵處理。

實施效果

利用以上探討的關鍵因素和相應對策，設計出相應的沖壓工藝和料帶排樣圖，通過合理模具結構設計，制造加工模具，成功縮短模具調試周期。經過幾輪模具調試，最終生產出的零件（圖8）尺寸和外觀質量均達到合格要求。

結論

⑴通過運輸存儲過程中的防潮、防水、通風等措施，能夠有效降低鋁板表面麻點的產生，保證零件的外觀質量。

⑵通過合理的沖裁間隙，可降低修邊次數；進行合理的工藝排樣，在零件制造過程中料帶穩定，沒有出現碎屑；經過調試、修改刀口間隙和刃入量，成功消除了修邊沖孔的毛刺。

⑶模具設計制造過程中，通過合理的料帶布局，設計模具。控制模具制造精度，經過幾輪調試，消除了零件的回彈、碎屑和毛刺，最終使零件尺寸和質量達到合格要求。