文/鄭雄·東風(武漢)實業(yè)有限公司
前翼子板封板鋁合金級進模技術開發(fā)應用
文/鄭雄·東風(武漢)實業(yè)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(fā),完成神龍公司P84、C84、P87車型部分零件開發(fā),獲得東風(武漢)實業(yè)公司科技與創(chuàng)新成果二等獎。
鋁板與普通鋼板相比,具有明顯的優(yōu)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(jié)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(fā)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(yōu)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(jié)省設備資源和人力資源上具有明顯的優(yōu)勢。同時,級進模開發(fā)周期短,使用壽命長,無需考慮半成品沖壓件的存儲,節(jié)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(yōu)勢,迎合了汽車零部件制造市場的發(fā)展。
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(fā)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。
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(fā),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(fā)。
圖1 左/右前翼子板封板
原材料運輸存儲
此次零件開發(fā)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(fā)霉及表面劃傷等問題,主要表現為材料表面隨機出現無規(guī)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(fā)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(huán)境下進行,同時還需增加除塵裝置,進行防塵處理。
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。
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(wěn)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??刂颇>咧圃炀?,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。