汽车零件冷冲压成形质量的优化

汽车零件冷冲压成形质量的优化
摘要：随着当前生活水平的逐渐提高,人们对汽车的需求量越来越大,然而对
汽车的品质要求也越来越高。

约80％的汽车零件是由模具加工制造的，其中有数
百个零件由冷冲压成形加工而成。

由于零件在冷冲压成形过程中会受到多种因素
的影响，因此零件在生产过程中会出现起皱、破裂和回弹等一些缺陷问题，而且
钢度越强越容易发生这些缺陷．对于这些缺陷，传统的方法是利用试错法或经验
法来解决，但这类方法需要花费大量的人力、物力和时间成本．近年来有限元技
术被逐步应用于零件的冷冲压成形生产中，并取得了良好的效果。

关键词：汽车零件；冷冲压；质量优化
引言
汽车行业中生产的轮罩类、纵梁类冲压件，拉伸工艺均使用冷冲压深拉伸，
其中轮罩类拉伸模特点是拉伸深度深，拉伸最深处达到280mm。

按照冷冲压模具
行业设计标准，拉伸深度超过200mm，一次拉伸、二次整形，其优点通过二次拉伸，避免拉伸深度过深导致的板料走料过快，模具走料R角磨损，板料起皱造成
冲压件拉毛、开裂的质量问题发生。

1后地板横梁的冷冲压工艺设计
图１为某品牌汽车的后地板横梁设计图．该零件位于汽车后座地板与前座之间，形状复杂，尺寸较大，拉延深度较深．板材为HC340，厚度为1.0ｍｍ，冲
压成形后的零件最小厚度要大于0.8ｍｍ，最大厚度要小于1.2ｍｍ．根据零件
特点及对冷冲压模具的设计要求，本文将冲压成形工艺确定为：拉延—切边冲孔—翻边—整形．其中：拉延工序是通过上下模具使板料成形（零件基本形状）；
切边冲孔工序是通过模具把工艺补充面和孔的多余材料切除；翻边工序是使零件
沿着指定边缘翻拆成一个设计角度；整形工序是对由各种原因导致形状不合格的
零件进行矫正．根据零件冲压方向及工艺要求，本文利用CAD软件对零件的边缘、孔工艺补充面和拉延模的凹模型面进行设计。

图１后地板横梁设计图
2激光标刻
激光标刻是利用高能量的激光束使材料瞬间熔化甚至汽化，伴随振动、冲击
等作用，辅以高压气吹除熔渣，随着光束与材料相对高速移动，在材料表面产生
具有一定深度的凹槽，从而形成精美的文本、图案、序列号等信息。

激光刻印的
自动化程度将来会更高，可实现主机厂和零部件供应商标记信息数据库的建立和
云端无缝链接。

并且产线上的激光标刻应用以后同样会运用到汽车售后市场中，
实现快速标刻，全生命周期跟踪。

如发动机的缸印号，通过手持式激光标刻，同
时通过OCR字符识别上传云端，供车管所等单位调取，实现异地变更，不再沿用
当前新旧发动机必须同时到登记地车管所进行变更，信息时代势必选择信息化管
理更强大的体系来替代落后的体系。

3拉延筋的设计
优化板料形状虽然可消除零件左右两侧凸圆角的开裂问题，但零件中间区域
的起皱现象和左右两侧拉延不足的现象未能得到改善。

减少零件起皱现象的发生
一般采用增加压边力或设置拉延筋的方法，但由于增加压边力会影响整体成形效果，所以本文通过设置拉延筋来减少零件起皱现象的发生。

4基于FEM的汽车用护罩零件的变压边力冲压技术
对护罩的冲压工艺进行择优时，通常要考虑护罩质量和模具寿命两个方面，
其中护罩质量由是否出现起皱和破裂决定，普遍认为当板件的最大减薄率接近25％时，板件局部位置会由于过多减薄而出现破裂，当板件的最大增厚率接近10％时，板件的个别区域会出现叠料而导致起皱，因此必须对成形后护罩的最小厚度和最
大厚度进行合理控制。

而模具寿命与成形载荷通常是呈正相关的，成形载荷越大，
模具的摩擦磨损越剧烈，寿命越低。

以某车用护罩零件为研究对象，通过De-
form有限元软件研究了定压边力与变压边力两种加载方式对冲压成形的影响，结
果表明：变压边力加载方式更利于板料的流动，能够显著降低破裂和起皱的风险，改善护罩的成形质量，且相同条件下模具寿命更长。

采用灰色关联理论，建立了
关于最小厚度、最大厚度、最大成形载荷的目标优化函数，并结合正交试验技术，获得变压边力的最优加载方式，5个位置的压边力大小分别为170、170、195、130和150ｋN。

通过冲压工艺试验，获得了成形充分、无破裂、起皱缺陷的护罩，证明了变压边力加载方式的可靠性和数值分析的有效辅助性。

5电镀工艺
为了满足模具高速生产的要求，对模具的表面也相应提出耐磨、耐腐蚀、高
硬度等需求。

由此也发展出了不同的模具表面处理技术，用以改善模具的表面性能。

汽车冷冲压模具的表面处理方式有很多，模具的镶块和凸凹模型面也有不同
的处理方式，目前应用比较广泛的表面处理方式主要有镀铬、离子氮化、PVD、CVD、TD、PPD、感应激光表面淬火等技术。

对于二次以上电镀模具，油脂灰尘清
洗干净。

在镀层剥离过程中，依据原有镀层厚度和模具表面状态确定剥离时间。

剥离槽温度一直保持恒定，镀层在15～20μm，模具表面关键部位无缺陷情况，
剥离时间一般在30min左右，同时在20min后每5min需检查剥离情况，保证剥
离结束第一时间将模具吊出，减少腐蚀程度；如模具表面有砂眼、焊接缝，按照
以上步骤进行时，15min后每5min检查一次剥离情况。

如镀层在7～15μm，模
具表面无缺陷，剥离时间在20min左右，10min后每5min检查一次剥离状态；如
模具有砂眼、焊缝等按上一步骤进行的同时，10min后每3min检查一下比例情况。

宗旨就是在原有镀层完全剥离后，及时将模具吊离剥离槽，进行酸碱中和处理。

6汽车冷冲压深拉伸件质量控制
（1）目前大部分轮罩类冲压拉伸模，压边圈、凹模为整体铸造式结构，材
料通常是球墨铸铁FCD600（高抗拉、高延伸）。

通常出现拉毛后需要对模具实施
表面热处理，是通过把模具放进电解池里，模具在电解池起电极反应，把电解池
里面的铬离子附着在模具表面，从而提高模具表面光洁度及硬度。

镀铬后模具工
作型面硬度达到62~65HRC，模具镀铬后电镀层厚度要求为0.02~0.03mm，R角镀
层厚度要求为0.02~0.04mm，镀铬的周期为75,000冲次。

模具出现拉毛的部位主要集中在压边圈、凹模工作型面，生产超50万冲次设计使用寿命后，工作型面磨损严重，由于受压边圈、凹模材料的局限性，经多次镀铬后已经无法满足大批量生产质量要求，而模具复制周期长、费用高，为了确保生产质量，急需对模具的结构实施有效改造。

结语
本文利用有限元技术对板料形状和成形工艺参数进行了优化，结果显示本文方法能够消除零件开裂和减少起皱现象，进而可有效提高零件的成形质量．本文研究结果可为汽车零件的冷冲压成形工艺优化提供参考．
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