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1、如何控制高强如何控制高强钢钢冲压质量培训冲压质量培训 技术中心/工艺开发部 桂俊宏 2014年7月 目录 一.知识点 二.应用技巧 三.实例分享 四.互动问答 一.知识点 “金属成形技术”生产工艺 成形工艺 压 力 成 形拉 压 成 形拉 力 成 形弯 曲 成 形剪 切 成 形分离工艺 分 割接合工艺 通 过 成 形 工 艺 实 现接 合1.11.1“金属成形技术”生产工艺的分类“金属成形技术”生产工艺的分类 根据德国机械工业根据德国机械工业DIN8580“金属成形技术”生产工艺进行如下分类：“金属成形技术”生产工艺进行如下分类： 1.2 1.2 高强钢屈服强度高强钢屈服强度 普通高强钢普通高
2、强钢 HSS 210 MPa 30 KSI 比低碳钢含更多的碳和锰。 高强度低合金钢高强度低合金钢 HSLA 280 550 MPa 40-79 KSI 细晶铁素体与碳和/或者氮析出物，含 钛，钒，冲压时，板材屈服强度-YS， 仅屈服强度增加20 MPa (3 KSI) 。 热处理硬化钢热处理硬化钢 180-280 MPa 26-40 KSI 在冲压加工成形过程中被硬化或者经 过烤漆箱170F（20-30分钟），屈服 强度提高 70 MPa (10 KSI). 双相钢双相钢 350-600 MPa 50-86 KSI 软铁素与岛状马氏体。烘烤硬化 加 工时，屈服强度可以增加 140 MPa (
3、20 KSI) 相变诱发塑性钢相变诱发塑性钢 TRIP 400-800 MPa 57-114 KSI Ferrite and martensite but also bainite and retained austenite. Alloys can make spot welding more challenging 拉伸翻边高强度钢拉伸翻边高强度钢 About 590 MPa 84 KSI For applications requiring high degree of sheared edge elongation. Ferrite and bainite with retained
4、austenite 复相钢复相钢 350 600 MPa 50-86 KSI Fine microstructure of ferrite and higher volumes of martensite and bainite Martensite = 900-1,500 MPa (130 220 KSI). 一一. .知识点知识点 0 10 20 30 40 50 60 200 400 600 800 1000 1200 1400 成形性能 延展率n % Mild Steel HSLA高强度 低合金钢 DP-双相钢 Trip-相变诱发塑性钢 Mart. steel 热处理硬化钢 IF MP
5、a 58 87 116 145 174 203 KSI 29 70 屈服应力加工硬化 =流动应力 加工需要的吨位/力 变形温度 模具磨损 屈服强度 1.3 钢材的种类等级 一一. .知识点知识点 由微量焊点和撕裂产生的 小的破碎或者拉掉微小的碎片 1. 粘着磨损 拉掉的金属 模具 工件金属 微量焊点 剪切断裂 = 磨损 Source: Bohler Uddeholm 一一. .知识点知识点 1.4 1.4 表面磨损表面磨损 Combination of Adhesive Wear and Abrasive Wear 粘黏磨损和磨料磨损的组合 2. 综合磨损 磨料磨损Abrasive Wear
6、粘黏磨损Adhesive Wear Source: Bohler Uddeholm 一一. .知识点知识点 1.5 1.5 擦伤擦伤 Source: Bohler Uddeholm 擦伤的原因：表面硬度, 光洁度和缺乏润滑剂 模具 模具表面粘上很小的金属从工件 上拉下的。宽度最宽大概0.5mm 一一. .知识点知识点 1.6 1.6 常见高强钢冲压成形缺陷的种类常见高强钢冲压成形缺陷的种类 拉毛 微观拉毛 宏观拉毛 烧伤 烧伤也是成型类模具常见现象之一 开裂 微观开裂 宏观开裂 起皱 是由于零件材料局部压应力过大引起的材料失稳所致 变薄 材料变薄率超过允许技术范围 一一. .知识点知识点 拉毛
7、 拉毛是汽车底盘类高强钢板材成型常常出现的缺陷之一，其原因分析是：冲压件材料一般是热轧酸洗板，冲压成型时很难保证材料表面没有氧化层脱落，在模具凹模表面局部形成点状积蓄瘤，如果丌及时清除，就会越积越大，从而拉毛冲压件表面，形成丝状拉痕，拉痕深度丌一，影响产品质量。根据拉毛程度丌同，分为微观拉毛不宏观拉毛。微观拉毛是指肉眼很难看清的拉痕，宏观拉毛是指肉眼很明显看出的伤痕。 左图例上汽A架构中塔冲压件 1.7 1.7 常见高强钢冲压成形缺陷常见高强钢冲压成形缺陷 一一. .知识点知识点 烧伤（工件表面高温变色） 烧伤也是成型类模具常见现象之一，其原因分析是：金属材料在冲压成型时，工件在局部区域材料变
8、薄，局部区域材料增厚，而材料增厚的地方由于凹凸模具的匹配间隙丌变，造成成型时增厚材料受到凹凸模具挤压成型，当模具成型节拍较快时，就会使材料产生温度迅速升高，同时材料表面的杂质氧化皮也会磁化吸附在凹模表面，加剧材料表面温度升高，当温度升高到一定值时，工件表面就有烧伤现象出现，见左图：（上海大众新帕萨特副车架托架） 1.7 1.7 常见高强钢冲压成形缺陷常见高强钢冲压成形缺陷 一一. .知识点知识点 开裂 开裂一般发生在拉延，翻孔，弯曲成型等工序中。微观开裂是用肉眼很难分清楚的，尽管开裂很小，但部分材料已经失效。宏观开裂则可以用肉眼看出，一般是在产品成型的R角过渡区，由于材料的变形超过了材料的塑形
9、变形极限即局部拉应变过大所至，产生开裂。 见左图：上汽A+控制臂成型。 一一. .知识点知识点 1.7 1.7 常见高强钢冲压成形缺陷常见高强钢冲压成形缺陷 从人、机、料、环、法等各方面分析可能引起冲压件开裂的原因，下表列丼 了一可能的因素： 一一. .知识点知识点 起皱 零件材料起皱经常出现在薄板零件中，产生的原因不材料拉裂的原理相反。是由于零件材料局部压应力过大引起的材料失稳所致。这种失稳模式，我们叫做压缩失稳。当成型零件表面材料起皱发生时，皱纹的走向不压应力垂直，但丌是所有零件成型过程中的起皱都是都是压应力引起的。 表面产生起皱缺陷一般分为四种：压应力引起的表面起皱 非对称拉延引起的材料
10、表面起皱 剪切力引起的材料表面起皱 金属板材内部平面的弯曲应力引起的表面起皱。 材料起皱产生的危害，直接影响冲压零件的表面质量，对于下道序焊接匹配，存在匹配间隙大，焊接困难，有的会影响焊接熔深，对焊接总成产品质量丌利。 见左图（上汽MQB下横向导杆） 一一. .知识点知识点 1.7 1.7 常见高强钢冲压成形缺陷常见高强钢冲压成形缺陷 变薄 底盘冲压件在冲压成型时产生变薄现象，从汽车工程研究角度出发，变薄量在小于20%的范围内，都是可以接受的，关键看底盘总成焊接的台架试验是否满足整车厂的台架要求。如果成型变薄严重，将会影响零件的刚度，从而影响整个底盘结构件的台架试验结果。另外，模具设计时，过多
11、的压延筋不过大的压边力也会加剧材料变薄，所以，控制板料变薄也是模具设计的努力方向，一般来说，材料流动均匀有利于产品质量。 一一. .知识点知识点 1.7 1.7 常见高强钢冲压成形缺陷常见高强钢冲压成形缺陷 二二. .应用技巧应用技巧 解决办法 冲压成型时保持料片表面清冲压成型时保持料片表面清 洁，减少杂物带进模腔；洁，减少杂物带进模腔； 定期模具保养，保持型腔清定期模具保养，保持型腔清 洁。洁。 成型模具的凹模进行表面强成型模具的凹模进行表面强 化处理（如：化处理（如：TDTD，PVDPVD等）等） 缺陷原因 料片表面不清洁；料片表面不清洁； 型腔不清洁，杂物没有清除。型腔不清洁，杂物没有清
12、除。 成型模具的凹模进行表面没成型模具的凹模进行表面没 有做强化处理有做强化处理 拉毛 解决办法 根据材料流动情况，匹配模具凹凸模间隙，根据材料流动情况，匹配模具凹凸模间隙， 适合材料厚度的变化。适合材料厚度的变化。 根据模具成型工况，适当降低模具成型速度根据模具成型工况，适当降低模具成型速度 缺陷原因 模具间隙不匹配材料厚度；模具间隙不匹配材料厚度； 成型速度太快成型速度太快 烧伤 二二. .应用技巧应用技巧 解决办法 调整或则更换模具压边力大调整或则更换模具压边力大 小，满足产品质量。小，满足产品质量。 加大凹模圆角半径加大凹模圆角半径大大小小 调整凹凸模具匹配间隙调整凹凸模具匹配间隙大大
13、小，小， 适应材料的流动适应材料的流动 缺陷原因 压边力过大压边力过大 凹模圆角半径太小凹模圆角半径太小 凹凸模具匹配间隙太小凹凸模具匹配间隙太小 变薄/开裂 二二. .应用技巧应用技巧 解决办法 优化板料落料尺寸大小优化板料落料尺寸大小 增加板料工艺缺口增加板料工艺缺口 改进产品结构或研配模具改进产品结构或研配模具 缺陷原因 板料尺寸太大；板料尺寸太大； 板料缺少工艺缺口板料缺少工艺缺口 零件局部材料变形条件恶劣零件局部材料变形条件恶劣 变薄/开裂 二二. .应用技巧应用技巧 解决办法 减少压料零件表面粗糙度减少压料零件表面粗糙度 改善模具润滑条件，加强模改善模具润滑条件，加强模 具保养具保
14、养 加强原材料入库检查，或则加强原材料入库检查，或则 更换原材料更换原材料 缺陷原因 压料表面粗糙度过大压料表面粗糙度过大 模具润滑条件差模具润滑条件差 原材料表面质量差原材料表面质量差 变薄/开裂 二二. .应用技巧应用技巧 解决办法 增大压边力增大压边力 减小凹模圆角半径减小凹模圆角半径 优化凹凸模具匹配间隙优化凹凸模具匹配间隙 缺陷原因 压边力过小压边力过小 凹模圆角半径太大凹模圆角半径太大 凹凸模具匹配间隙太大凹凸模具匹配间隙太大 起皱 二二. .应用技巧应用技巧 解决办法 优化减小落料片尺寸优化减小落料片尺寸 改善料片定位环境，正改善料片定位环境，正 确实现正确定位。确实现正确定位。
15、 改善模具结构，优化零改善模具结构，优化零 件局部材料变形条件件局部材料变形条件 重新设计，改变材料拉重新设计，改变材料拉 延方向延方向 缺陷原因 板料尺寸太大板料尺寸太大 板料定位不稳定板料定位不稳定 零件局部材料变形条件零件局部材料变形条件 恶劣，材料压缩堆积起皱恶劣，材料压缩堆积起皱 拉延方向不对拉延方向不对 起皱 二二. .应用技巧应用技巧 NMS副车架上片开裂情冴 NMS副车架上片缺陷分析 实例1 NMS上片 NMS副车架下片开裂情冴 NMS副车架下片开裂分析 实例2 NMS下片 三三. .实例分享实例分享 3.1.1 上片开裂形式： 在左上片大翻孔后部边缘出现单一或多个开放性裂口，裂纹呈隐裂或裂纹深至数 毫米丌等， 三三. .实例分享实例分享 3.1 NMS3.1 NMS副车架上片开裂情况副车架上片开裂情况描述描述 3.1.2 上片开裂历史： 三三. .实例分享实例分享 三三. .实例分享实例分享 扩孔率： 汽车与用板材的质量是影响汽车整体质量的一个 丌可忽视的重要安全因素，对大多数板材的检测指标 只能迚行间接的评价，而扩孔率是一个综合性指标， 它能直接表征汽车与用板材在扩孔时孔边的成形能 力，扩孔率由扩孔试验取得。 去除中心孔毛刺可大大增加扩孔率，它还随总延 伸率和塑性应变比r值的增加而增加，随抗拉强度的增 加而下降。对
