文章目录：

1、铝合金车身覆盖件冲压模具的设计及生产维护关键技术2、铝合金冲压制品的工艺及模具调试问题3、制造断桥铝门窗的设备主要有哪些？

铝合金车身覆盖件冲压模具的设计及生产维护关键技术

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文章来源：《锻造与冲压》2024年第8期

李珊珊， 崔江浩， 韩亚飞， 沈镭·北京奔驰汽车有限公司

铝板因其密度小、比强度高等特点在汽车工业领域得到越来越多的应用。铝板在实际使用时常面临成形、生产碎屑、模具维修维护等诸多方面挑战。本文从材料特性、模具规划、批量生产、模具维修维护四个方面介绍铝板在实际应用时遇到的问题、产生原因，并提供有效的预防及整改方法。

在国家对能源、环保、安全严格要求的背景下，轻量化成为汽车工业发展的主流趋势。其中冲压件板材由铝板代替传统的钢板是其中主要内容之一。近些年新车型汽车车身中铝合金的应用越来越多，以蔚来ES8 为例，汽车车身铝合金占比高达98.4%。常见的铝合金车身零件包含机盖、翼子板、车门、顶盖、行李厢等品种。

因材料的特性差异，与钢板相比铝板具有密度小、比强度高的优点，同时也存在成形性差易开裂、回弹大、生产碎屑多等问题，如图1 所示。为保证铝板生产更加稳定高效，需要对生产的各个环节(模具设计、生产关注、模具维修维护)进行调查分析，并给出行之有效的预防及解决措施。

图1 铝板冲压常见的问题

常用车身覆盖件的铝板选材及材料特性常用材料

汽车车身常用的铝板有5XXX 系铝镁合金和6XXX系铝硅镁合金(图2)，二者均具有较高的强度及良好的成形性，适用于汽车制造要求。其中5XXX 系铝板具有良好的抗腐蚀性常用于汽车内板件，6XXX 系铝板综合性能优良、表面质量好同时具备热处理强化能力，因而在外覆盖件中经常使用。5XXX 系铝板与6XXX 系铝板性能差异见表1。

表1 5XXX 系铝板与6XXX 系铝板性能差异

图2 铝板材料的分级

钢板与铝板性能差异

铝板弹性模量是钢板的1/3，断裂延伸率及塑性应变比均低于钢板，以CR5 材料和Al6 材料对比为例，力学性能对比数据见表2，材料性能拉伸应力应变曲线如图3 所示。

表2 CR5 材料和Al6 材料的力学性能数据

图3 CR5 和Al6 材料的拉伸应力应变曲线

模具设计关键技术

冲压模具规划阶段需要根据铝板板材性能特点，充分考虑尺寸回弹及成形失稳情况，在兼顾产品工艺需求、生产效率以及零件质量的前提下，需要对零件拉延成形及模具刃口设计提出更高的要求。

拉延成形

因为铝板具有延展率低，屈强比高以及塑性应变比小等特点，成形过程中易发生起皱开裂等情况，模具设计时需注意以下6 点：

⑴拉延深度尽量做浅，提高成形稳定性。拔模角度在保证材料利用率的前提下尽量做大。

⑵工艺补充区尽量平缓，成形深度均匀过渡，避免急剧变化。

⑶翻整展开区平缓，减少二次成形区的减薄率为后序翻整留够安全空间。

⑷分模线平缓过渡，避免材料在过渡区堆积起皱，如图4 所示。

图4 分模线平缓过渡

⑸成形圆角包括凹模直段、凹模过渡段、凸模、凹模、拉延凹筋R 角在内的角都要做到最大。

⑹考虑凸凹模缩放，避免因回弹问题造成后工序符型干涉，如图5 所示。

图5 拉延模凸凹模缩放

模具刃口设计

通常情况下铝板的弹性模量约为钢板的1/3，造成铝板切边时更易产生碎屑，从而引起板料表面硌伤等问题。在模具刃口设计时，需注意以下5 点：

⑴切边角度越小越好，保证良好的切边条件。

⑵切边圆角小R 处理，防止刃口划伤板料，且刃入量尽量做小，从而减少碎屑产生概率。

⑶侧修边区域可采取拉延筋断开方式(图6)，拉延筋尽量平缓过渡，保证良好的切边角度。

图6 拉延筋断开

⑷废料分布优选二次切断，可尽量减少废料刀使用。

⑸后工序型面加工建议预留回弹量，减少零件不符型情况。

生产过程的关键技术

在模具规划已充分考虑和优化的前提下，铝板模具生产面临自动化生产、生产周期、生产数量等多方面挑战。在此阶段，需要制定稳定可靠的在线及线下措施，进一步降低铝板零件批量生产中的系统风险。

板料分张及板料回带

与普通钢板相比，铝板具有质量轻、无磁性的特点。自动化生产时，防锈油将上下叠放的板料牢牢吸附在一起，线首设备只能通过增加向堆垛边缘吹气的方式将其分离，生产故障率高。经验证，在保证零件面品质量及成形性的前提下，在板料非关键区增加压窝形状可有效的解决板料分张问题，如图7 所示。

图7 板料压窝

铝板零件密度低、板料轻，压机滑块上行时，拉延零件易受气压的影响发生板料回带问题。在实际生产时通常采用3 点措施解决板料回带：⑴在保证零件面品的前提下，模具非关键区域增加排气孔，排气孔直径尽量做大(图8)；⑵模具压边圈四周增加气动夹手，压机上行时牢牢抓住零件，防止回带；⑶模具型腔适当增加工艺孔，保证气体流动顺畅。

图8 模具排气孔

生产中的开裂预防

生产过程中零件与模具之间摩擦积热，增加了铝板零件开裂的风险。对于单次批量较大的生产方式(单批次大于1500 件)，在实际生产时可采取为模具部件降温的措施(图9)，降低开裂风险。某车型翼子板改造后，零件开裂统计结果见图10，开裂大幅降低。

图9 模具冷却装置

图10 零件开裂统计(次/年)

铝板生产中FTC 的治理

铝板零件在批量化生产时，因其碎屑小且轻的原因，更易受传输风压的影响到处乱飞，频繁造成零件硌伤，特别是针对一些切边形状较为复杂的铝板零件，系统生产效率和一次下线合格率将受到较大制约。为此可采用自动化清洁装置(图11)，在不影响效率的情况下，根据设计频次，模具定时自清理生产碎屑，从而大大降低零件铬伤，减少了零件返修率(图12)。

图11 模具自动清洁装置

图12 零件返修率

模具维修与维护关键技术

模具日常维修维护阶段，合理规范的维修方式及科学精准的维护方案可以减少问题发生的频率，保证零件质量，使铝板冲压生产更加高效稳定。

钢板模具与铝板模具维护的差异

跟钢板相比，铝板材质软、面品质量更易受异物铬伤影响，所以铝板模具维护频率明显高于钢板模具。以拉延模具为例，铝板模具点检频率为13000 件1 次，钢板模具点检频率为18000 件1 次。

不同工序模具维护的差异

铝板零件工序主要内容一般分为拉延、切边(冲孔)、翻整三项，其中拉延模具主要受生产线异物影响，切边模具容易产生铝屑，发生碎屑堆积现象，翻整模具主要受前工序切边碎屑影响。所以拉延模具维护时主要关注异物的来源及种类，切边模具维护时关注切边刃口状态，尤其是形状不规则的刃口(容易导致模具间隙不均匀)，维护频率为5000 件1 次，翻整模具多受前工序料屑影响，料屑分布广且不均匀，模具维护时需做到全面无死角清洁，维护频率为5000 件1 次。

DLC 镶块刃口维护

后工序模具刃口DLC 处理可以在保证镶块刃口硬度的同时得到很低的表面粗糙度，碎屑松散的吸附在刃口上，避免碎屑与刃口粘连，既保证了零件质量又减小了工人的维护难度，在铝板模具的生产中得到很好的应用。日常维护时需注意上模刃口处需喷涂清洁油，清除刃口表面碎屑，下模刃口处需涂抹黄油保证生产过程中的碎屑不飞离。

结束语

随着新能源汽车的发展，汽车轻量化要求不断推进，铝合金板材因其自身优势必将得到越来越多的应用。虽然目前铝合金板材在使用过程中仍存在许多问题，无论是模具规划前期还是批量生产阶段仍面临诸多挑战。但经验在积累，科技在创新，相信在专业人士的不断努力下，铝合金板材生产问题会逐一解决，铝板模具生产会更加稳定、高效。

作者简介

李珊珊

冲压工厂生产高级经理，材料成型专业硕士研究生，15年冲压模具技术开发及生产经验，负责开发车型15 个，拥有相关专利2 项，具备丰富的新项目模具开发、序列化模具生产、模具维护等经验。

铝合金冲压制品的工艺及模具调试问题

1.引言

随着汽车工艺的发展，节能和环保日益成为人们关注的对象汽车轻量化，汽车轻量化对于提高燃料效率、降低二氧化碳排放所造成的环境污染显得尤其重要。汽车轻量化实质就是车用材料的轻量化，在保证足够结构强度的前提下，复合材料、高强度钢板、铝镁合金等新材料的使用在其中发挥了相当大的作用。近年来汽车用铝合金的使用量在一些高端汽车中快速增长，铝合金具备良好的机械性能和的低密度，具有耐高温，抗腐蚀和抗蠕变性能，在减轻汽车重量前提下，完全可以满足汽车性能的要求。尽管铝合金压铸件是汽车工业关注的焦点，但一些结构件甚至是外板件也在尝试使用这一类的材料进行冲压成形。本文通过对典型的铝合金结构件进行分析，总结了铝合金的一般成形特性。

2.制件及材料性能分析

2.1制件分析

图１所示为某型家用轿车结构制件，该制件为铝合金厚板件，形状较独特，成形难度大，精度要求高。同时该制件模具的开发周期短，有较高的技术及制造难度，缺乏类似经验可供借鉴，方案实施风险较大。

制件定位基准RPS点为侧面D7MM孔、一处D8MM孔以及顶面一处D7MM孔。翻边面上有5处冲孔、2处压窝凸台。2-D8MM孔、2-8.2MM凸台及D7MM孔有较高位置公差要求,只能采用侧冲;2D8.2MM压窝是凸向外部,斜楔将设计为往复式才能实现。制件顶面有3处冲孔,冲压方向有20夹角,且2-D7MM孔位置公差要求较高,必须分在两序上完成。制件轮廓线公差为±0.5MM,因此2.5MM厚的板料要求冲裁方向修边展开面不能有太大的斜角。端面翻边很高(52MM),圆角偏小(R6MM),材料在端头的流入量是否足够有待进一步分析。拉伸如果不能成功,能否大胆采用整体翻边必须认真考虑。

2.2材料性能

制件材料为EN485-AW-5754-O/H111,料厚为25MM。该材料为德国牌号,EN485-AW是铝材料的性能标准号,5754对应的化学符号标志系统代号为AMGY,O/H1L1为材料状态标志,O为退火态,H111为最终退火后又适量加工,但硬化程度很小,不及HLL。材料力学性能为:4=190-240MPA;A2≥80MPA;Δ≥16%;HBS=52。与常用的汽车结构件材料进行比较发现,该材料抗拉强度不高,但厚度较大,延伸率只及DC钢的一半,成形时须考虑足够的给料、工艺补充时考虑材料流动尽量少爬坡、少弯折,便于成形及减冷作硬化和板料变薄趋势;从硬度和抗拉强度上:FJ硬铝和软铝之间,可以作为冲裁间隙、回弹角度确的参照,同时制件表面质量要求高,在模具材料使用上要注意减少制件表面划伤。

3 冲压方案的确定

3.1方案分析

根据制件特点,有拉伸和成形两种方案可供选择。拉伸方案材料可控,但端面拉伸后须采用两次修边,交接困难,工序较长。成形方案存在翻边叠料风险,但可以简化工序内容。

方案一:拉伸(OP10)→→修边(OP20)→翻边(OP3O)→侧修边冲孔(OP40)→侧修边冲孔(OP50)→侧冲孔压窝(OP60)。如图2所示。

方案二:落料冲孔(OP05)→成形(OP10)→修边冲孔(OP20)→翻边整形(OP30)→侧修边侧冲孔(OP40)→侧冲孔压窝(OP50)。如图3所示。

3.2CAE分析

为验证方案的可靠性,分别对两种方案的成形工艺进行CAE分析。

方案一,在制件端面A处出现拉裂现象,B处材料变薄率达到了30%(见图4)。对拉伸板料进行剪裁,同时对压料力进行调整后端头开裂现象得到改善,但材料变薄还是超标,且在同一成形区域出现明显起皱趋势(见图5)。

方案二,制件端面采用两次成形,第一次成形顶部较深的凹槽,第二次完成沿周翻边(见图6)。该制件翻边形状较特别,特别是端头翻边面高不易控制,侧面翻边断面有精度要求。成形分析后发现,翻边后端面c处、d处(见图7)材料变厚,有堆积现象。调整修边线后重新计算,仍有变厚趋势,积料形状有所改善。

3.3方案确定

通过两种方案的对比，可以看出按照方案二实施可行性较大,对于该方案的一些缺点可以在L安排中予以避免或者改善。

(1)成形定位不可靠。处理措施:落料时在材料基本没有流动的部位冲制定位孔(见图8)。

(2)端头翻边材料有堆积想象。处理措施:调整落料轮廓,通过软件精算并在冲压过程中试验确定。

(3)翻边断面有精度要求,与型面垂直度不易保证。处理措施:修改落料轮廓(见图8),在后工序增加局部斜楔修边工序,同时可以完成斜楔冲孔。

4方案实施及问题总结

该方案在实施过程中,由于本身一些不能两全的地方,以及首次接触到该材料的冲压,经验尚待总结,因此还是反映出了一些现场问题。

(1)落料线与修边线交接不好:落料是平板状态,修边是在一次拉伸之后进行,由于要照顾到大面,使得与落料线交接段有15°夹角。小于30°的斜面对修边刃口影响不大,但对于厚板料的冲裁断面则出现按差(见图9)。也曾考虑过落料出全部轮廓,但由于成形的修边线不易控制,特别是二次翻边更是如此,定位时工件可能有微量位移。针对这种情况,通过增加交接工艺缺口使之得到改善。

（2）翻边镶块上出现积屑，在冲压到一定数量后，翻边工序件的翻边面上出现一定程度的划伤。检查后发现,翻边镶块淬火硬度和表面粗燥度值均满足设计要求,划伤是由于该铝合金材料硬度不高,冲压过程中有较严重的发热现象,在凹模镶块上烧结出现了积屑所至。在清除掉积屑后,冲压时加上润滑油划伤得到了暂时解决。针对这类现象,要求对镶块进行表面TD强化处理。

(3)压窝状态不理想:侧冲压窝时发现压窝尺寸未达到图纸要求(见图10A),凸模尺寸考虑的是料厚等距,实际冲压时该材料局部胀形性能不佳,导致凸台外形没有压出。通过重新设计凸模尺寸进行试冲,达到图10B所示尺寸时状态比较理想。

(4)修边线确定困难:修边线除第1条所述问题外,还存在C、D区域(见图7)翻边形状确定困难的情况。该处由于翻边变化大形状特殊,大量材料在此处进行了挤压,很小的一点调整将引起翻边后C、D区域较大的变化,左右区域调整的不均匀,会引起E端面的倾斜。因此,该处修边线的调整要逐步进行,多取一些控制点,多试几轮,确保轮廓符合检具以及E处端面平行。

5)制件的回弹:根据材料的性能,查出制件翻边后的回弹角度在3°~5°之间,因此在方案制定时翻边工序考虑了2°回弹角。但冲压实际情况却反映翻边回弹却不足1°,局部还出现翻边包紧凸模的现象。为进一步证实,选取同一材料的典型制件做试验,发现在R/=2~3的情况下,反而有1°~2°的负向回弹,回弹角随R的加大而减小。因制件翻边R不允许更改,通过适当加大翻边间隙使翻边形状达到了要求该种材料的这一性能在今后模具设计中应事先给予考虑。

(6)冲裁断面:根据材料的性能,按铝材查出制件冲裁最小间隙为O.09MM,但实际情况反映,冲裁端面光亮带达到了70%-80%,该间隙偏小。逐渐磨小凸模尺寸,最终试出合理单面冲裁间隙应为0.2MMN(料厚T=25MM)。废料切刀处由于修边有先后,产了较产中的塌角(见图L1)。通过减小刃口高差,提高刃1利程度情况有所好转。对软而厚的材料而言要彻底消除塌角,建议在以后模具设计时改为图12所示废料切刀形式较为合适。

5结束语

通过对比分析、CAE计算确定的冲压工艺方案经过实际生产过程的验证,冲压出了合格的制件,寸精度和表面质量达到了设计要求(见图13).整体边成形的设想,为同类型制件冲压方案的确定提供了思路。铝合金材料的应用前景十分广泛,对」该材料首次接触的经验总结将为后续项目的顺利实施提供参考。

制造断桥铝门窗的设备主要有哪些？

一套加工断桥铝门窗机械设备根据门窗加工工序主要分为锯切设备、铣削设备、组装设备、冲压设备等。具体如下：

1、锯切设备

数控精密切割锯

断桥铝门窗切割设备主要用于断桥铝合金型材90度及45度角切割加工，根据锯片大小主要分为450型双头切割锯、500型双头锯、550型双头锯等，根据功能可分为数显双头锯和数控双头锯。

2、铣削设备

断桥铝门窗铣削设备主要用于铝型材铣槽铣孔或截面铣削加工，根据用途功能不同可分为铝型材仿形铣床、数控钻铣床、端面铣床等，仿形铣床和数控钻铣床主要用于断桥铝门窗铝型材铣孔、铣槽加工，端面铣床主要断桥铝门窗中梃端面铣削加工，主要分为小型端面铣、中型端面铣、大型端面铣等。

佛山断桥铝门窗，福建断桥铝门窗，广州断桥铝门窗

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3、组装设备

断桥铝门窗组装设备组角机主要用于门窗框料、扇料四角组装链接。主要分为120型组角机、140型组角机、160型组角机等种类。

4、冲压设备

断桥铝门窗冲压设备主要有气动压力机和液压压力机。主要用于断桥铝门窗型材不同孔型冲压工序。

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