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[其他] 冲压件立切修边工艺研究

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发表于 2020-9-22 15:07:20 | 显示全部楼层 |阅读模式

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【汽车材料网】冲压件立切修边工艺研究
来源:期刊-《汽车工艺与材料》;作者:寇兆阳 董淳昊 王爱博
(一汽解放汽车有限公司)

摘要:通过某车型地板零件对立切修改工艺在设计评审、模具调试整改、刃口选材及表面处理等方面针对毛刺问题解决经验心得,验证了立切角度选择规范,并且对模具材质方面进行一定研究,达到较好的应用效果。不仅实现减少工序实现一次修边目的,而且质量满足生产要求。对立切修边工艺应用有一定的借鉴意义。
关键词:立切修边 毛刺 结构优化
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前言
修边是冲压工艺的重要工序,保证了拉延成形后零件产品的工艺补充部分被剪切掉,是保证汽车覆盖件尺寸的一道重要工序。
冲压工艺选择的冲压方向一般为垂直方向,即压力机滑块连同上模一起作垂直方向运动。但实际的冲压生产中,由于冲压件产品的造型限制,往往需要进行水平或者斜面方向的冲裁,这种情况需要通过斜楔机构把垂直方向的运动改变成模具工作部件的水平方向或者斜面方向运动[1]。这种斜楔结构普遍应用在模具结构设计,属于典型的模具结构方式。但是斜楔修边结构空间要求比较大,造成模具尺寸增大。并且增加斜楔工艺保证修边质量的前提下,往往无法在1 套模具实现全部修边,需要分序修边。
目前在汽车行业降本、增效的形势下,综合考量产品、质量和成本因素,通常采用“更轻更少模具”的策略以降低成本。其中采用一次性立切修边工艺代替斜楔结构成为一个方向,尤其针对产量相对较低的商用车领域,但是一次性立切修边工艺带来的后期产品质量及修边刃口结构调试工作量增加,容易产生制件毛刺、刃口强度低、修边间隙难以保证等问题。其中某商用车地板零件通过采用一次性立切修边工艺,在设计评审、模具调试、刃口处理等方面积累了一定经验,达到较好的效果。

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产品介绍
2.1 地板零件特性
如图1 所示,地板零件有四处立切修边点,修边线的高度位置急剧变化。材料牌号为St16(DC06),料厚1.5 mm。


图1 地板零件

根据修边工艺分析,其中大部分修边能够实现垂直修边,4处立切修边如果能够保证质量,可以实现在一序修完整个轮廓。可通过采用立切修边工艺减少工序,降低模具投入,达到降成本的目的。
如图2 所示,如果采用斜楔修边,可以避免立切工艺,但是其附近存在的冲孔严重影响斜楔结构布置,空间位置不够,需分布在两序。这种情况下为实现减少模具投入,整个轮廓采用立切一次修边成为一种选择。


图2 地板零件局部放大

2.2 立切部位工艺性
地板零件立切部位断面如图3 所示。

图3 立切部位断面

整个断面过渡较为剧烈,其中斜面角度为10°,角度越小一次修边难度越大,达到一定角度应设置进行斜楔修边,此处为修边难点。在高度位置急剧变化的情况下,修边更困难,此位置修边形成纵向的切削。

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工艺分析及产品问题
3.1 侧壁修边工艺
修边工艺中垂直修边是较为简单的,模具也相对简单,容易保证模具间隙和冲裁质量。一般冲压工艺针对修边部位评审着重针对造型落差大的部位,此产品地板零件四处立切部位需重点分析。
如图4 所示,这种形状的截面位置,一般侧壁角度在设计允许的情况下尽量保证θ≥17°(料厚1.5 mm),以避免修边位置毛刺的问题。


图4 侧壁角度示意

对于立切角度不满足上述角度要求,仍采用垂直修边的情况,需改造凹模刃口,并取小间隙冲裁,对于接近90°立切,冲裁间隙趋于0。此外注意检查压料圈行程是否满足最大立切工作行程要求。
但地板零件θ角度为10°,按照评审规范17°以下角度应该采用斜楔修边,在不同的方向进行修边处理或者分几道工序修边,以保证修边质量。但整个截面直线段较短约为16 mm(如图3),实际该位置布置斜楔同样空间紧张,也不容易实现斜楔修边,同时考虑工序压缩到3 序,采用立切修边方式。

3.2 地板零件冲压工艺排布
根据产品特点及工艺分析,制定相应的工艺排布。工艺流程分为拉延切角、修边(立切)冲孔、冲孔修边校平3 道工序,如图5 所示。其中第2 序存在立切修边工艺,此位置属于剪切性质,易产生毛刺等质量缺陷[2]。
立切区域采用拉延切角主要为解决该部位开裂问题,此处回弹不影响最终产品。该区域压料板由于整体布置,可以提供足够的压料力。第3 序利用压料板进行较平。

3.3 实际毛刺问题
地板零件实际产品,立切修边位置的毛刺问题为模具调试的突出问题。该产品材料St16,由于成形性好,毛刺的高度随着模具的磨损持续增加。实际生产过程中生产十多件即产生毛刺,严重制约产能,影响冲压件质量。如图6 所示。
产生毛刺的原因主要包括:
a.修边凸、凹模间隙及切削角度不合理;
b.模具刃口韧性、硬度不足;
c.压料力不足,压不住料;
d.刃口不够锋利。

图5 工序示意

图6 立切毛刺

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模具结构优化
4.1 修边镶块材料
由于地板零件的修边特殊性,需在模具修边刃口选材方面做一定研究。在模具结构设计之初,对7CrSiMnMoV 和铸态1.2333 两种不同的材质进行比较,如表1 所示。

表1 2种材料性能对比

国内一般普通板厚≤1.5 mm,常用的模具修边材料为7CrSiMnMoV。而7CrSiMnMoV 为低合金模具钢,确实有其优势,比如应用广泛度和价格较低,铸态1.2333 价格相对7CrSiMnMoV 较高。
下面对2 种材质的化学性能进行分析,如表2所示。

表2 2种材料化学成分质量分数对比 %

铸态1.2333 为中合金模具钢,性能大大优于7CrSiMnMoV,焊接性能良好,便于模具维修,结合国外标准,考虑国内外铸件质量不同,选用铸态1.2333用于地板零件的修边镶块、表面淬火。如图7所示,立切材质要求刃带整体淬火,淬火硬度要均匀,凹模刃口硬度HRC 60~62,凸模刃口硬度HRC 58~60。


图7 立切位置淬火

4.2 立切部位模具调试优化
针对立切修边一般采取的模具调试优化,如图8 所示。

图8 立切修边工作状态

a.修边凸模圆角半径应该与制件的产品或工艺圆角(考虑回弹补偿量)一致。
b.凹模刃口倾角如表3 所示。

表3 根据材料厚度不同倾斜角

c.修边行程根据圆角和倾角不同进行调整。地板零件立切位置对凹模刃口尺寸及角度进行调整优化,如图9 所示。

图9 立切位置局部尺寸

a.根据图示优化R角尺寸;
b.调整立切修边凹模镶块的刃口形状,实现剪切的效果,以减小立切的不利影响;
c.凹模刃口倾斜角度变为17~18°。
d.保证上修边镶块刃口最低点合入深度3~6 mm,并且形成缓慢过渡[3]。

4.3 修边镶块表面处理
实际生产过程中,修边刃口需满足每批次2 000件以上无毛刺问题的要求。建议对立切部位的镶块进行表面处理。其中HKS-G处理技术效果明显,如图10是做完表面处理镶块。


图10 HKS-G处理过的镶块

HKS-G 这种处理涂层厚度大致可达5~15 μm,具有极低的变形量覆层,具有高耐磨性,耐高温氧化性,耐重冲性。这种特性可以在恶劣的冲压环境中保证修边质量,减少镶块的保养时间和次数,降低冲压件废品率及返修次数,降低模具制造成本。并且可以提高工作表面光洁度,保证连续稳定生产。
实际模具生产过程中,表面处理技术应用较为普遍,能够数倍、几十倍地提高模具使用寿命。这对于提高模具质量和产品质量,充分发挥模具材料的潜质,大幅降低成本均有重要意义。

5
结束语
地板零件解决立切位置毛刺问题,效果良好,制件满足大批量生产要求。但所需的调试和验证时间较长,整体有一定的工艺难度,容易造成后期生产性问题。随着制造技术的进步,解决立切毛刺问题的方案越来越多,诸如模具材料及表面处理技术等。为实现模具工序数减少、降低投资,冲压件立切修边工艺成为一种选择。a

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