提高冲压件生产质量

HEATS 发表于 2010-9-12 18:10:06

汽车冲压件产品种类丰富、形状复杂，在冲压生产时，经常会发生一些不良现象，如何避免问题的产生，陕重汽车结合自身实际，做出了有益的探索。
中间护面支架是汽车驾驶室整体式仪表盘总成的关键承重连接件，是确保汽车各种仪表稳定、可靠使用的一个重要零件。因为，大功率发动机的高速旋转和车辆行驶路况的恶劣，容易对驾驶室造成强力振动和颠簸，从而造成前控制盘中仪表电路以及部分功能断路或失灵。因此，中间护面支架必须能够承受冲击、弯曲疲劳载荷和扭矩等作用，故而要求其必须具有足够的抗弯强度、抗剪强度和较好的韧性。此外，如果该制件在成形时超过许用应力，或者微裂纹扩展到一定程度，从而造成撕裂或歪斜，这样不仅会浪费材料，而且还会让模具处于偏载作业，加速模具老化。
我厂在汽车驾驶室仪表盘支架总成生产中，发现冲压生产后，其中间护面左/右支架经常出现撕裂、歪斜现象，这些缺陷主要分布在制件孔型处、侧壁拐角处和R圆弧与壁颈交界处。通过仔细分析后，我们认为其主要原因是由模具在运行过程中压料芯成形导向不稳定、凹模与压料芯间隙长期磨损后不可调整以及模具结构设计不当引起的。于是，可以从技术和管理两方面提出相应的控制措施，并为同类零件工艺、模具设计与成形加工提供参考。
常见的撕裂、歪斜形式
中间护面支架冲压工艺流程为：落料冲孔－冲孔切口－翻边成形－切口－翻边。中间护面支架成形过程中发生撕裂、歪斜的形式多种多样，其撕裂部位主要分布在制件孔型处，侧壁拐角处R圆弧与壁颈交界处等，因冲压成形与生产工艺条件的差异，各断裂部位所占的比例不同。撕裂可以是一次性成形撕裂，也可以是由于疲劳裂纹即隐形裂纹发展引起的撕裂（图1）。

图1  中间护面支架
原因分析
根据现场的实际情况，通过检查制件撕裂部位、断口形态及挤伤程度，认为引起制件撕裂、歪斜行为主要体现在翻边成形工序，引起此工序现象发生的原因如下：
1.翻边成形模具设计缺陷
该模具为一模双腔左/右件公用，由于本工序内容除翻边外，还兼备形状成形内容，加之制件特殊复杂，弯曲面狭小，成形要求凹模压料芯与成形面相符等，导致模具结构条件成形行程大，压料面积小。设计人员在最初模具设计时，仅考虑到了压料面小这一特征，却忽视了压料芯成形导滑行程（图2）。

图2  模具侧视导滑局部 
存在如下设计缺陷：
（1）压料芯导向长度设计为125mm，实际导向长度为115mm，虽然在设计范围内，但存在托起部分115mm运动超过有效导向长10mm，存在压料芯托起不稳定，制件定位不准的弊病。
（2）长达115mm的成形高度，需设计专用导滑板，不能靠加工面与凹模侧壁滑配间隙导向，侧斜致摩擦力增大，自润滑效果极差，强大的侧向力得不到有效消除，批量生产后会导致因长期磨损而引起导向间隙增大，提前丧失模具正常导向效果，从而会产生恶性质量事故。
2.模具加工制件与图纸设计存在误差
如图3所示，该部位为图纸中明确标出需加工出导向的区域。但由于压料芯为复杂型面故采用铸件成形后再对导向面进行机加工，造成加工面与凹模导向面滑配后存在间隙误差，在模具正常运行过程中出现了压料芯左/右摆动。

图3  下模平面局部 
制件成形前，定位靠压料芯上平面的定位销及孔进行，这样就要求压料芯在制件成形中必须保证稳定、可靠和正确地导滑，否则制件在成形中将会失稳，从而使压料芯与凹模壁发生碰撞挤压，造成制件产生拉应力，当超过材料的强度极限时，引起制件撕裂、歪斜不正。再加之，若模具结构中考虑其他因素，而忽视采用专用导滑板导向的情况，存在两者制件在挤压摩擦强烈进行后，导向间隙瞬间被破坏而无法正确导向的危险。
由于此种结构的导向间隙为调试滑配间隙，一旦损坏将没有更有效地调整手段，会长期影响制件的成形质量，并带来安全隐患。而且，在导向部位未采用专用导滑板，反而采用了加工型面相互导向结构，存在间隙过大后，无法调整的缺陷，导致了制件出现了撕裂、歪斜不正行为。
3.成形工艺参数执行不到位
在制件成形过程中，工艺要求凹模、压料芯以及两者的制件必须紧密贴合在一起，在机床滑块下滑时压迫板料塑性变形而实现成形。但现在由于压制出的制件存在质量不稳定等缺点，就说明机床压力在生产过程中处于压力跳动不均衡状态。究其原因，主要是加工技术人员未按工艺指定要求在这一阶段及时对机床压力进行调整，或者是在每个班次的交接时，没有相互沟通机床压力稳定性信息，而导致制件质量不稳定。
控制措施
由于冲压成形过程中撕裂、歪斜原因很多，而且很多原因相互联系。因此，单从技术公关或者管理方面是无法彻底解决这些问题的，必须从模具工艺和管理方面加以考虑，解决好生产中的每一个环节才能取得好的成效。
1.确保模具结构合理性
（1）图4和图5分别为下模安装专用导滑板前/后结构对比。通过对比分析，可以看出：将原来凹模刃口的机加成形导向结构完善成专用自润滑导板结构后，能有效抵御侧向力，克服制件成形过程中的不稳定性，并能在生产过程中自由调整其合理间隙，从而使压料芯和凹模导板导向运行中的间隙保持长期均匀合理状态。这不但能使模具运行更加稳定，而且还可以大大提高模具的使用寿命。

图4  下模安装专用导滑板前结构

图5  下模安装专用导滑板后结构
（2）如图6所示，增加模具闭合高度70mm。在模具在成形过程中，当压料芯被托起后，将下方有效导向部位从10mm增加至80mm，这样可以增加压料芯导滑板与凹模侧壁导板之间的接触面积，从而使模具压料芯在运行中不会受到成形力的影响，同时也能准确、稳定地导入凹模腔，保证制件定位可靠，确保翻边间隙均匀化。

图6  模具局部主视图
2.推行标准化作业，提高工艺控制能力
从管理角度上，要严格规范工艺制度，控制工艺参数的一致性和准确性，使生产中机床参数始终符合工艺中各项参数的要求，同时，也应保证机床压力在生产过程中长期保持稳定可靠，彻底消除压差，防止压力过小引起质量事故。
操作人员应精心操作，避免定位不准确、气顶杆安装存在高度差以及模具保养不到位等不良现象出现，以免造成成形件材料弯曲疲劳载荷增加，使制件在成形瞬间处于疲劳极限状态，导致问题发生。
结语
重型汽车驾驶室总成零件中间护面左/右支架，在生产中出现撕裂、歪斜行为是由多种因素相互作用引起的，其损坏形式也多种多样。只有针对其翻边成形工序系统以及损坏形式采取相应措施，才能有效控制其多个部位的撕裂、隐裂和歪斜等不良状况，从而提高模具的正常作业率，以及零件的合格率和使用寿命。<A href="http://www.mechnet.com.cn" >【MechNet】</a>

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