汽车冲压件缩颈、开裂原因分析及解决方案研究

文章来源：《锻造与冲压》2023年24期

曾平川， 杨运良， 杜敏·一汽-大众汽车有限公司成都分公司

汽车冲压件在生产过程中常伴随发生缩颈、开裂、起皱、表面拉毛、翻边波浪、翻边带料、翻边高度变化、翻边型面坑包、翻边开裂、修边冲孔毛刺、修边冲孔带料、修边尺寸变化等缺陷，给正常的冲压件生产造成生产停滞损耗、缺陷返修损耗，给后续部件组装、整车匹配造成严重影响，无形中增加了制造成本，降低了产品质量，更在日趋激烈的市场竞争中降低了自主产品的竞争力。现阶段处理这些问题的方法众多，效果参差不齐，很多手段只是起到了临时修复作用，不能长期稳定地保持。作为模具维修人员，必须能够快速准确地分析出造成缺陷的根本原因，快速地排除缺陷以提升生产效率、稳定生产质量。为此，笔者针对汽车冲压件在生产过程中产生的各类缺陷，将从业28 年总结的经验和对模具制造调试的个人见解分享给行业人士，期望能对模具维修行业起到一定的促进作用。

冲压件缩颈、开裂原因分析

缩颈是指板材在拉伸过应力作用下局部截面缩减的现象，如图1 所示。开裂是指板材在拉伸过程中由于缩颈加剧到板材彻底分离形成开口，如图2 所示。

图1 缩颈

图2 开裂

在压机上，单动拉延模具压料圈由压机下顶杆托起至高于模具凸模型面，摆放材料于压料圈之上，如图3 所示。压机上滑块下压至接触材料时，如图4 所示，压料部分形成初始压力也就是材料流动阻力，持续向下，材料克服压料力向模腔内流动直至模具压到底部，凸模表面、凹模表面同时与材料上下表面全面接触，材料拉延完成。在此过程中，局部阻力产生异变大于材料的抗拉系数就会产生局部区域的缩颈、开裂。材料流动部位包括压料面、拉延筋槽、模具凸R、模具侧壁。

图3 板料摆放于模具压料圈上

图4 模具下压形成初始压边力

压料面阻力异变的原因

压料面的作用是保证材料在流动过程中不起皱，使材料能平稳均匀地向模腔内流动。前提是要求上下压料面之间的间隙要均匀且大于材料厚度，根据实际效果验证，间隙大于料厚0.1 ～0.2mm 较为合理，如图5 所示，一旦间隙小于料厚，在连续摩擦磨损的作用下，就会在压料面上形成个别凸起的高点，相当于减小了受力面积，高点处的压强就会倍增，从而导致材料流动局部阻力增加，使材料不均匀流动造成材料缩颈的产生；刚开始通过降低压边力或抬高平衡块能起到作用，持续到一定时间就没有作用了，只能通过重新研修压料面才能恢复拉延效果，这样既费时又费力，还会带来无法预估的生产损耗和零件返修损耗。

图5 压料面压料状态

拉延筋阻力异变的原因

拉延筋是赋予材料拉伸阻力最重要的方式，通过使材料产生塑性变形形成相对稳定的阻力，受温度、压力、材料参数影响很小。材料只要克服阻力向模腔内流动，就能达到拉伸最稳定的方式；导致拉延筋阻力异变的原因就是筋、槽之间的间隙小于料厚，如图6 所示，导致阻力意外增加，使模具在生产过程中间断地发生缩颈、开裂。

图6 筋槽间隙小于料厚

模具R 阻力异变的原因

材料流动都是紧贴凸R 进行的，由于紧贴就会增加材料流动的摩擦阻力。导致R 阻力异变的唯一原因就是R 的圆滑程度，当R 不圆滑时(R 有棱线），如图7 所示，相当于减小了R 的半径，材料在流过时就会产生相对于原有R 更大的阻力，这样阻力也就意外地增加了，表现形式就是生产到一定数量后间断发生局部缩颈，严重时直接开裂。

图7 R 不圆滑有棱线

模具侧壁间隙阻力异变的原因

材料在流动过程中经过最多的位置就是模腔侧壁，模腔侧壁间隙就是材料流动的通道，如图8 所示，理论上是不会产生进料阻力的，而产生模腔侧壁阻力异变的唯一原因就是模腔侧壁间隙小于材料厚度阻断了材料的继续流动。

图8 模腔侧壁间隙

冲压件缩颈、开裂问题的解决方案

压料面阻力异变的处理

⑴拆卸周圈平衡块，逐一编号妥善放置；

⑵切割板料，使之内圈形状与压料圈内圈基本相同；

⑶压料圈顶起，放置切割板料后下压，压至拉延筋完全成形后即可；

⑷成形料圈双面涂蓝油(蓝油要刷的薄且均匀）后放至压料圈原位置再次压制，形成压料面着色图，如图9 所示；

图9 压料面着色图

⑸观察成形料圈正面着色图，对应查看压边圈上着色位置，位置相同点即为高点，用记号笔做标记；

⑹利用砂轮机对标记区域进行打磨和油石推光；

⑺反复⑷⑸⑹步骤，直至着色图均匀，无明显高点，筋槽以外区域着色率达到80%以上，筋槽以内管理面着色率100%；

⑻去掉平衡块垫片后安装平衡块，在平衡块上放置铅丝，压料面上带料片再次压制，实测平衡块高度差；

⑼根据所测差值填充相等厚度的垫片后再次带料片压制，观察平衡块和料片着色，平衡块着色实且均匀，如图10 所示，料片着色与不带平衡块着色基本相同即可；

图10 平衡块着色图

⑽所有平衡块再增加0.2mm 垫片。

这样，拉延过程中板料在不会起皱的同时也不会因为压料高点产生压边力异变，能保证拉延工作的长期持续稳定。

拉延筋阻力异变的处理

⑴拆卸周圈平衡块，逐一编号，妥善放置；

⑵切割板料，使之内圈形状与压料圈内圈基本相同；

⑶压料圈顶起，放置切割板料后下压，压至拉延筋完全成形后即可；

⑷成形料圈双面涂蓝油后放至压料圈原位置再次压制，形成压料面着色图；

⑸观察压料圈筋槽两侧和底部，对应查看料圈筋槽两侧(图11）、底部和根部有无相同位置压痕，位置相同点即为间隙不足点，用记号笔做标记；

图11 料圈筋槽侧壁着色

⑹利用砂轮机对标记区域进行打磨和油石推光；

⑺反复⑷⑸⑹步骤，直至完全无压痕着色点。更换新的料圈再次压制，直至完全无压痕着色点后压铅丝实测筋槽间隙(图12），将间隙做到大于料厚0.2 ～0.3mm；

图12 压铅丝实测筋槽间隙

⑻回装平衡块，用新板料双面涂色逐步进行拉延，查看筋槽是否还存在着色点。

这样，板料在拉延过程中除压料间隙平整板料、拉延筋提供变形阻力外不会再附加异变阻力，能保证拉延工作的长期持续稳定。

模具R 阻力异变的处理

⑴标记缩颈、开裂区域R；

⑵用R 规对流经区域的R 进行检查，也可用0.1mm 钢片涂色顺材料流动方向在R 上拉动，R 不圆滑处着色会断开；

⑶利用合金锉刀、油石以弧形运动方式对R 进行精修(图13），并不断检测，直至R 完全圆滑，钢片着色完整无断线；

图13 用锉刀、油石精修R

⑷利用砂布或砂纸紧贴R，按进料方向进行左右拉动抛光(图14），可以更好地消除R 上的高点。

图14 用砂布或砂纸精修R

这样，板料在拉延过程中除压料间隙平整板料、拉延筋提供变形阻力外不会再附加异变阻力，能保证拉延工作的长期持续稳定。

模具侧壁间隙阻力异变的处理

⑴准备拉延件，双面涂色备用；

⑵将压料圈降至最低，把涂好色的拉延件放置到凸模上，压机下压至生产高度，压成着色图，如图15 所示；

图15 拉延件着色图

⑶用压制的着色零件内壁对应凹模侧壁查看侧壁着色情况，如图16 所示；有对应位置同时着色说明侧壁间隙不足，用记号笔做标记；

图16 用零件料厚实测侧壁间隙

⑷在标记位置放置铅丝进行不带零件空压，实测侧壁间隙，并用砂轮机在标记位置打小坑做深度基准点(便于节约施工时间，提高效率），如图17 所示；

图17 用砂轮机做深度基准点

⑸依据基准点进行打磨、推光；

⑹反复⑵⑶⑸步骤，直至换新零件压制完全没有着色点后，再次多点测量侧壁间隙，直至间隙大于板料厚度0.05 ～0.1mm。

这样，拉延过程中板料在通过侧壁时不会再因为侧壁间隙过小导致异变阻力，能保证拉延工作更加稳定。

结束语

综上所述，零件的拉延是一个系统的工作过程，当这个过程中的某一个元素出现偏差时就会对零件的成形造成阻碍，进而形成零件缺陷。之前很多缩颈、开裂的处理都是调整压力、垫高平衡块以增加压料间隙、放低拉延筋、放大R 等方式，没有细致地按照一定的流程去排除造成缩颈开裂的主因，虽然短期会有一定的效果，但不能持久稳定。按照一定的流程进行原因分析和问题处理，可以让我们更加清晰、更加快捷地确定原因和排除故障，维护正常高效的在线生产。

作者简介

曾平川

钳工高级技师，从事模具制造调试，维护保养，质量改进，工艺优化工作28 年。曾获龙泉驿区钳工比赛三等奖、模具维修大赛二等奖，成都市钳工比赛三等奖，川渝模具维修大赛三等奖，成都市技术能手，首批成都工匠。

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