汽车精密钣金件常见缺陷与控制方法

汽车精密钣金件常见缺陷与控制方法

刘林飞,张西蒙

诺博汽车系统有限公司 河北保定 071000

摘要：近年来，中国宏观经济持续快速增长，汽车工业成为国民经济重要的支柱产业，取得了令人瞩目的成绩，中国已成为全球汽车产销量第一的国家。汽车钣金件既是汽车的外观装饰性零件，又是封闭薄壳状的受力零件；内部钣金件更是具有骨架作用，用于提高车身的刚性，并连接或固定内饰件及其它零件。可以说，汽车钣金件兼有保护乘员安全和提升汽车美观性的重要功能。因此，分析汽车钣金件常见缺陷、产生原因及其解决措施，有助于实现质量、性能、价格、美观的高度统一。

关键词：钣金件；成型缺陷；影响因素；控制方法

前言：本文分析讨论了汽车精密钣金件在成型过程中常见的垫废料缺陷、拉裂、起皱、变薄、拉毛（拉痕）、回弹等主要缺陷及其主要影响因素，指出每种缺陷的产生均是材料、模具（设备）、方法3个方面共同作用的结果。在实际生产过程中，应首先从材料性能、模具结构、工艺参数3个方面优化设计，并针对产品的具体缺陷类型的主要影响因素加以调控，在根本上降低成型缺陷的产生，提高产品合格率，提升产品质量，提升我国汽车工业的竞争力。

1、钣金件常见缺陷及其控制方法

  1.1垫废料缺陷

  汽车钣金件一般采用冲压工艺制造，在连续的冲压过程中如果没有及时清理冲床内上道工序留下的残渣（如冲压件的毛刺残余），或者冲模在连续使用中没有及时清洁、保养，在模具或设备上留下污垢等杂质，易使上下模具间隙在作业时掉落异物，从而造成冲压时钣金件上形成垫废料缺陷。垫废料缺陷的形成导致钣金件表面凹凸不平，影响钣金件的外观、表面质量和尺寸精度，严重时甚至会影响到钣金件的力学性能。因此，在作业时为了避免垫废料缺陷的产生应及时清除模具和设备中的废料和表面残渣等异物。

  1.2拉裂

  拉裂是深冲工艺产生的常见缺陷，在企业生产实际中，拉裂钣金件通常可区别为两种情况：一种是钣金件产生清晰可辨的宏观裂纹或是断裂；另一种是裂纹仅出现在钣金件表面，裂纹深度很浅，即表面微裂纹。表面微裂纹通常不易被肉眼所辨识，但此时局部材料已经失效，在受载条件下，表面微裂纹极易迅速扩展并引起零件断裂。因此，表面微裂纹的危害更大，容易引起整车安全隐患，在生产过程中应严格控制。拉裂产生的根本原因是板料在成型过程中局部变形过于剧烈，或是板料变形超出最小弯曲半径。因此，拉裂缺陷的控制必须提高板料的变形极限或是降低裂纹区的应变量，具体方法主要有：调整模具间隙、改变压延筋的数量和位置、调整压边力、加大凹模及压延筋圆角半径、改善润滑条件、增加辅助工序等。

  1.3起皱

  钣金件中出现波浪、旋压和拉深的皱折等都属于起皱起皱缺陷经常产生于薄板、壳体零件，或是零件中的较薄部位。从力学角度而言，起皱是局部压应力不均匀的外部宏观表现；从工艺上看，起皱的主要原因是板件在切向压应力作用下产生切向变形，进而在三维空间尺寸最小的厚度方向上失去稳定，最终形成皱纹。起皱缺陷的形成直接影响钣金件的仿型精度，导致后续加工无法进行。在实际生产过程中，可以通过加大压边圈的压边力和适当加大材料厚度的方法抑制起皱缺陷的形成。其基本原理是控制板料在拉深时，坯料在模具中始终处于稳定状态变形。此外，坯料的弹性模数、应变强化模数越大，则其抵抗失稳的能力就越强，在生产过程中越不容易起皱。

  1.4变薄

  汽车精密钣金件成型的基本原理是金属塑性成型，必定遵循体积不变的基本定律。因此，变薄是零件成型后表面积大于原始坯料的直接结果，在汽车钣金件成型中是不可避免的。但当板料厚度的减少超过20%，则会明显降低零件的强度，容易引起零件表面微裂纹，甚至导致整车未达设计指标。控制板料的变薄可以通过调整拉深筋（拉深槛）的布置和参数，降低成型约束力，从而减小板料变薄；或是从原材料着手，良好的金属延展性能使板料变形均匀，避免局部变薄过量，从而获得良好的钣金件质量。

  1.5回弹

  在完成金属板料成型，模具打开后，零件的曲率和角度发生变化，与模具闭合时不一致的现象，称为回弹。回弹产生的根本原因是成型负荷卸载后，弹性变形开始释放。因此，回弹是实际工艺中很难有效克服的成型缺陷。回弹会影响零件的最终形状，若回弹超出公差范围，将直接影响零件的几何精度和零件匹配，降低合格率。钣金件回弹超出标准的原因主要有两个：一是板料在厚度方向上的变形不均匀或不同步；二是变形卸载时板厚截面的膜向拉力和弯矩与外部载荷的平衡遭到破坏，钣金件以弹性恢复重新建立稳定的平衡。在生产过程中，可以通过改进工艺和改善模具结构的方法来改善板材在成型过程中的应力状态，从而降低回弹量；在原材料塑性较好或变形量较小的情况下，也可以通过适量过度变形的方法来消除弹性变形恢复的影响。

2、降低钣金件成型缺陷的方法

  2.1材料性能优化

  汽车精密钣金件是基于金属塑性成型理论的工程实践。因此，原始坯料的结构、组织和性能等决定其自身塑性成型能力的相关因素对钣金件成型的影响至关重要。所以，通常情况下，具有良好塑性的面心立方、体心立方结构金属具有较宽的成型工艺范围，能够获得较好的钣金件成型质量。此外，通过调控坯料组织，使晶粒组织尽可能细化、均匀化、等轴化；调控晶界结构为高能非平衡状态，使其在变形过程中能够激活其他的变形机制而提高合金塑性；调节坯料性能，适当降低坯料的硬化指数n，增大厚向异性系数r，均有利于变形的顺利进行。

  2.2工艺参数优化

  工艺参数一般指实际成型时起作用的人员、设备、环境因素，主要包括设备状态、成型速度和路径、润滑条件以及操作规范等。要求维护良好的设备状态，避免作业通道上粘有异物；保证模具、设备间的相对润滑条件；严格规范成型速度和路径，避免工作人员误操作而引起产品缺陷的产生。

  2.3模具结构优化

  凹模口圆角半径是决定钣金件成型质量的重要参数，通常存在一个最佳值，过大或过小均不利于钣金件成型；也可根据零件特征和坯料属性，将凹模口圆角设计成逐渐过渡，其半径根据变形时材料的流动特性取值。此外，合理的拉延筋布置方式能够促进板料均匀变形，避免局部拉裂、起皱、局部变薄等缺陷的产生。拉延筋的设置通常遵循以下4个原则：（1）沿压边圈内轮廓线布设拉延筋；（2）在容易起皱的部位设置局部短拉延筋；（3）在拉延深度大的直线部位设置大阻力拉延筋；（4）当零件不同部位变形程度差别较大时，在拉延深度较大的部位不设或设阻力小的拉延筋，在拉延深度较小的部位设阻力较大的拉延筋。

结语：汽车精密钣金件在成型过程中出现的常见缺陷主要有垫废料缺陷、拉裂、起皱、变薄、拉毛（拉痕）、回弹等，每种缺陷产生的最主要原因各有不同，但均是材料、模具（设备）、方法3个方面共同作用的结果。在实际生产过程中，应首先从材料性能、模具结构、工艺参数3个方面优化设计，并针对产品的具体缺陷类型的主要影响因素加以调控，在根本上降低成型缺陷的产生，提高产品合格率，提升产品质量，提升我国汽车工业的竞争力。

参考文献：

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