铝合金门窗冲压模具

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、压铸模具标准3、世界上最大的模锻压机，中国第二重型机械集团制造80000吨水压机

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。

压铸模具标准

一 、适用范围

适用于公司所有压铸模具设计、制造、验收。

二、 压铸模具技术条件

模具设计制造除应符合中华人民共和国国家标准 UDC 621.725.22 GB8844 外还应做

到如下要求：1、 零件技术要求

1）、模具零件，其材质和热处理硬度符合表 1-1 的规定。

2) 、浇口套及易拉伤部位成形零件经淬火工艺处理后，进行氮化处理，氮化层深度为

0.08-0.15 ，硬度≥ 600HV.。

3）、模具支脚模沿厚度应符合表1-2的规定。

4）、模具顶杆板后平面至动模板安装平面的距离应符合表1-2 的规定。5）、模具拉棒螺纹孔应符合表1-2 的规定。

6）、模具与压室结合尺寸必须与公司提供的压室法兰尺寸一致，不得中间增加过渡套。

7）、模具零件不允许裂纹，成形零件表面不得有划痕、碰伤、锈蚀等缺陷。

8）、模具非工作部位棱边均应倒角或倒圆，成形部位未注注明的圆角按R0.5 ㎜

制造型面与分型面或型芯、顶杆等相配合的边缘不得有倒角或圆角。

2、总装技术要求！）、合模后分型面应紧密贴合，局部间隙不得大于0.05 ㎜（不包括排气槽） 。

2）、热态模具的合模间歇不大于 0.1㎜。

3）、模具分型面对动、定模板安装平面的不平行度应符合表1-3的规定。

4）、在分型面上定、动模镶块平面应分别与定、动模板平齐，允许略高（不得低于）800 吨以下压机模具不大于0.05 ㎜， 800 吨以上压机模具不大于0.10㎜

5）套板和各镶块的配合面，在分型面上 100 ㎜内，允许有两处小于 0.1 ㎜的缝隙，但其长度应小于 15 ㎜。

6）滑块运行应平稳，合模后滑块与楔紧块应压紧，接触面积不小于四分之三，开模后定位应准确、可靠。

8）、模具套板应有足够的刚性和强度，在承受压铸机锁模力和金属液压力下，不发生影响使用的变形。

9）、型腔的反压力中心尽可能接近压铸机合模中心，以免压铸机受力不均，造成合模不严。

10）、导柱伸出长度不得低于型腔最高点。

11）模具所有活动部分，应保证位置准确、动作可靠，不得有歪斜和卡滞现象。滑块

滑座等易磨易损部件、导柱和导套、 推板导柱和导套、顶杆等易磨易损件应考虑摩擦副，同时均应采用刚性好、 强度高的耐磨、 耐热材料。对这些易磨易损件应提供易损件图纸和清单。

12）、要求固定的零件不得相对窜动， 800 吨以上压机模具支脚和模板之间必须加定位销。

13）、快换型芯必须牢靠并有防退措施，并尽量做成后面顶柱顶到模板上。

14）、冷却水管集中供水的必须每路加装阀门，能够单独调节。滑块通冷却水的必须引出滑块。

15）、浇口套带斜度部分的长度必须大于分流锥高出分型面高度 15-20 ㎜，以确保料饼跟出。

16）、模具应有起吊装置，该装置必须牢固可靠，起吊后必须保证模具平正不得歪斜。起吊螺纹孔口部应有倒角并确保吊环能拧到底。

17）、模具成型部位（零件外表面） ，应用油石打光。

18）、模具溢流道、排气道应打光，表面粗糟度 0.4 。

19）、在模具外侧明显位置应固定用铜板制作的铭牌， 铭牌上的内容应包括： 工装名称.工装编号、工装重量、制造日期等。

三、模具验收标准

1）、铸件应符合图纸要求，符合技术要求。

2）、模具验收时由公司对模具主要零件的材质、硬度以及光洁度等进行检查。

3）、试模后由公司根据试模情况，提出《模具修改通知单》 ，由模具制造商按要求及时维修。

4）、模具在使用中不得出现合模不严窜铝、铸件拉伤、拉坏、铸件顶不出、铸件变形等现象。

5）、铸件机前合格率应≥ 95%，不含补胶、打磨等补救措施。

四、其它要求

1）、模具设计前由公司提供《模具设计任务书》 。

2）、模具设计方案完成后由供需双方评审，会签后确定实施。

3）、模具制造商应提供的技术图纸和资料见表3-1 。

注：所有图纸资料交付后，如在修模时对实物进行修改，则这些相应的图纸也必须修改，修改后必须及时给予更换，做到实物与图纸保持一致。

世界上最大的模锻压机，中国第二重型机械集团制造80000吨水压机

#文章首发挑战赛#

模锻压机是一种广泛应用于金属加工领域的设备，它利用大型模具和重型压力机（力量可以通过液压、机械或锻锤方式施加）将金属坯料塑形成复杂的零件。

目前世界上最大的模锻压机是中国第二重型机械集团制造的80000吨水压机。这个压机位于中国四川德阳，于2011年投入运行，主要用于制造大型和重要的工业零部件，比如航空、航天、能源等领域的关键零部件。

中国第二重型机械集团制造的80000吨模锻压机是世界上最大的水压机，它是由中国一重自主设计和制造的。这台压机的设计和建设展示了中国在重型机械制造领域的能力。

中国第二重型机械集团是中国最早的重型机械设备制造企业之一，具有丰富的设计和制造大型工业设备的经验。80000吨水压机的设计和建设是一个复杂的工程项目，涉及多个学科的技术和大量的研发工作。该项目的研发周期可能持续了数年时间，但具体的研发时长及详细的设计过程信息并未公开。

模锻压机分为几种类型，主要包括：

1. 机械模锻压机：使用飞轮和曲轴机构产生锻造力，具有较快的冲击速度，适用于小型和中等尺寸的工件。

2. 液压模锻压机：通过液压缸施加压力，可以持续施加压力，适用于大型工件和高精度要求的应用。

3. 锻锤：使用蒸汽、空气或液压作为动力，通过锻锤头对工件进行快速连续打击来完成锻造工艺。

模锻压机的工作原理基于应用重压来塑造金属坯料，经过下面的过程：

1. 加热：金属坯料首先被加热到可塑性状态，通常是高于其再结晶温度。

2. 放置：热的坯料被放在模锻压机的下模具中。

3. 锻造：压机激活，施加巨大压力，迫使金属流动并填充模具的型腔。

4. 冷却和清理：锻造完成后，工件被取出进行冷却，去除多余的金属部分，即闪边，并进行必要的后续处理。

模锻压机可以生产的工件种类繁多，比如：

航空航天：发动机部件、起落架结构件等。

汽车制造：曲轴、连杆、齿轮、轴承等。

工业机械：各种齿轮、轴、轮毂等。

能源行业：涡轮叶片、阀门、核反应堆的结构件等。

模锻工艺和模锻压机在制造中的主要优势包括：

提高材料性能：锻造过程可以提高零件的强度和韧性。

准确性：与铸造相比，模锻能够产生尺寸更精确、表面光洁的零件。

材料利用率高：与传统的锻造相比，模锻可以减少材料的浪费。

生产效率：模锻压机适用于批量生产，能够在短时间内生产大量高质量的零件。

尽管模锻压机在工业生产中具有许多优势，但也存在一些局限性，例如：

成本：模锻压机本身及其模具的制造成本较高，适合大批量生产来摊销成本。

尺寸限制：对于非常大型的工件，锻造可能会有尺寸限制，需要特制的压机和模具。

模锻压机是现代工业中不可或缺的设备之一，对于保障关键工业部件的质量和性能发挥着重要作用。

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