高强度钢板汽车纵梁拉毛常见原因分析及处理措施

宋洋sy 2019-07-15

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2019家电模具高峰论坛征文

随着汽车轻量化要求的提出，高强度钢板在汽车行业的应用越来越广泛。到目前为止，汽车纵梁几乎100%采用高强度钢板。高强度钢板在汽车纵梁上的应用，不仅满足了汽车轻量化的要求，而且进一步优化了整车结构。

然而，高强度钢板汽车纵梁上的拉毛问题一直困扰着模具工艺设计人员和汽车研发人员。拉毛的产生将会影响冲压件的表面质量、使用性能以及模具的使用寿命等。

高强度钢板汽车纵梁产生拉毛，既与汽车纵梁使用的高强度钢板材料有关，又与汽车纵梁的结构、拉深深度有关；既与模具表面硬度、耐磨性有关，又与模具表面强化处理有关。

造成汽车纵梁拉毛的常见原因

汽车纵梁结构和强度

在汽车行业中，目前汽车纵梁普遍使用的材料为B340/590DP、B340LA、HC340/590DP，料厚1.5～2mm。高强度钢板汽车纵梁结构一般比较复杂，型面之间落差大，拉深深度深，在实际生产过程中容易产生拉毛。此外，汽车纵梁的屈服强度和抗拉强度高，成形性差，也容易产生拉毛。图1所示为汽车纵梁结构。

图1 汽车纵梁结构

模具材料

由于汽车纵梁采用高强度钢板，且料厚比较厚，在翻边模具中，上模翻边镶块宜采用高合金钢Cr12MoV，但在实际中却采用空冷钢7CrSiMnMoV（相对便宜，成本较低），导致汽车纵梁在冲压翻边过程中容易出现拉毛。

图2 翻边模具结构

图3 翻边件拉毛实物图

图2所示为翻边模具结构，图3所示为翻边件拉毛实物图。

热处理和硬度

图4 汽车纵梁拉毛实物

在拉深模具中，如果对凸凹模镶块的热处理没有明确要求，或硬度偏低，也将导致汽车纵梁在拉深过程中容易出现拉毛，如图4所示。

氧化脱碳

如果模具镶块表面产生氧化脱碳，将造成模具淬火后硬度不足。当表面硬度低于500HV时，模具镶块表面就会出现拉毛现象。

造成氧化脱碳的主要原因如下：

模具镶块在进行渗碳热处理时，未及时通入保护气体，导致模具镶块表面硬度不足；渗氮后一段时间保持炉冷，但未继续通入氨气，也将导致氧化脱碳。

碳氮共渗、渗氮等化学热处理后，除直接淬火外，一般应在冷却桶（或冷却槽）内通入保护气体的条件下冷却，以防止工件冷却过程中氧化脱碳，但实际过程中未通保护气体。

出现氧化脱碳时未采取有效措施，如未采用盐浴炉、保护气体炉或真空炉加热。采用空气炉或燃烧炉加热时，未采取适当保护措施如涂防氧化涂料、包套、装箱、防止炉气还原等。

抗粘附性和抗磨损性

在高强度钢板汽车纵梁的生产过程中，由于汽车纵梁拉深深度深，往往生产10min后模具与制件将摩擦发热，导致模具表面抗粘附性降低，进而使模具、制件出现拉毛。模具表面的抗磨损性也是模具、制件是否出现拉毛的关键因素。

其他原因

模具镶块壁厚不均匀，结构不合理。如模具形状复杂，壁厚不均匀，工艺孔位置不当等。

模具铸造过程中，因模具材料化学成分比例不合理而产生砂眼，将有可能导致制件拉伤、拉毛，并最终导致模具出现拉毛。

模具、板料脏，有杂质。在实际生产中，模具、板料上有杂质，特别是废铁屑或者模具焊接过程中产生的焊渣、打磨过程中产生的粉尘等，都有可能导致模具被拉伤。一旦模具被拉伤，如维护不及时，则拉毛更加严重。

汽车纵梁冲压生产过程中润滑不良。如拉深过程中凸、凹模之间的间隙较紧，这时一旦润滑不良，就容易导致模具和制件拉伤、拉毛。

毛坯尺寸过大。在模具调试初期，如毛坯尺寸过大，同时压边圈压料筋过大，将有可能导致制件拉毛，甚至拉裂。

针对各种拉毛原因所采取的处理措施

优化汽车纵梁结构和强度

经分析，对形状特别复杂、拉深深度特别深的汽车纵梁，可选择合理的冲压结构以避免过深的拉深，而通过选择合理的冲压工艺可以降低拉深深度。例如，图1所示汽车纵梁可采取如下冲压工艺：OP10DR(拉深)，OP20TR(修边)，OP30RST(翻边整形)，OP40CTR+PI（侧修边冲孔）。

在满足汽车纵梁强度要求的前提下，可在汽车纵梁上增设加强筋或在汽车纵梁内增加纵梁内板等措施，降低高强度钢板的厚度，避免拉毛。

合理选用模具材料

高强度钢板汽车纵梁采用大中型模具，拉深深度深、结构相对复杂，一般情况下产生拉毛的位置发生在凹模上。要保证模具不出现拉毛或把拉毛降到最低限度，一般选择高合金材料作为模具材料，如上模镶块（凹模）、压边圈镶块、翻边镶块宜采用Cr12MoV材料；还可采用MoCr、7CrSiMnMoV、HT300材料等的铸造结构，但铸造要进行热处理。

采用高合金钢作为压边圈镶块，热处理方便，硬度高，耐磨性好，不容易产生拉毛，但是成本高；采用铸造结构作为压边圈镶块，硬度低，耐磨性差，成本相对较低，但是容易产生拉毛，故铸造后还必须进行热处理。

合理选择热处理工艺

作为模具生产厂家和整车生产工艺部门，应该对热处理工艺提出明确要求，以实现全过程有效控制。因此选择的热处理工艺既要达到提高模具表面硬度和耐磨性、抗疲劳强度的目的，又要满足生产成本、生产周期等要求。

高强度钢板汽车纵梁拉毛现象比较严重，其热处理方式的选择原则一般如下：

针对不同的硬度和耐磨性要求，需要根据不同的模具材料选择相应的热处理方式。

目前高强度钢板基本上使用Cr12MoV材料，对于上模镶块（凹模）要求硬度为65～67HRC的，应选择渗氮或渗磞热处理方式。

高合金钢含合金元素较多，导热性差，奥氏体化温度高，应缓慢加热，宜采用多次预热或者阶梯式升温。

应重视加热介质，并最好采用油冷方式进行冷却。

在达到淬火目的的前提下，应采取较缓慢的冷却速度。

盐浴后应及时清理残盐及水分，要注意防锈；酸洗要防氢脆（金属材料中由于含有氢或在含氢的环境中工作，其塑性和韧度下降的现象），并及时驱除氢气。

模具使用一段时间后，应进行一次去应力处理。

热处理后需要线切割或电火花加工的模具，要求模具淬透性好，淬硬性深，并要求热处理后残留应力尽量小。

工件硬度不足多由渗碳不足、淬火时脱碳、淬火温度过低、淬火冷却速度不足、表面残余奥氏体量过多、回火过度、工件表面不清洁、渗碳不均匀或冷却不均匀等因素造成。热处理工艺不当，将导致模具表面的整体或局部硬度达不到模具设计规定的硬度要求。参照新的标准要求，一般选用模具镶块材料为Cr12MoV，热处理后硬度要求达到65～67HRC。

当硬度不能达到要求的时候，可采取如下措施：

● 加热充分，炉温均匀。

● 工件出炉后至淬火前预冷时间不宜过长。

● 冷却介质恰当，冷却温度合理。

● 工件表面不允许有氧化皮或附着盐液。

● 淬火后从淬火介质中取出工件时温度控制合理。

为彻底消除模具拉毛，还要求对模具表面进行强化处理，如镀铬、TD处理、PVD处理等。在热处理过程中，不能过于追求模具的硬度，还应同时关注模具的淬透性、镀膜的厚度、模具的韧性等要求，在硬度、耐磨性、韧性等方面力求平衡。