铝合金门窗冲孔模具手动

小智 2024年12月11日 11:09 0

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、极简20框铝材、气动模具、20框配套产品。免费辅导技术3、汽车铝合金覆盖件模具调试方法

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。

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10、报价方式：铝锭价加工费（铝锭价以当天南海灵通报价为准）；

5、包装方式：采用国家标准纸皮包装，内单支套胶袋或单支隔棉收缩膜，外包装编织带或防水纸皮；

平开玻璃衣柜门的设计，可选择折叠门，平开门，推拉门，也可自由组合:折叠门平开门/平开门推拉门，至于门的材质，现在市场上衣柜柜门的材质不一，总体来说，还是要选择有保障的品牌!

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2、衣柜平开门的设计，衣柜的上部分一般放置棉絮，棉被等不经常用的物品，超过2.4米的衣柜建议分成两部分，如果平开门也设计到顶，打开衣柜时，会一览无余，少了些神秘感。

7、产品运输：送至济南周边的货站

3、移门会节约室内空间，现在市场上的衣柜移门，材料有木板、玻璃、镜子及其他，玻璃移门的高度不要超过2.5米，卧室不宜选择镜面移门。板材移门简单大方、安全性好，此外也有百叶系列移门，板材移门，建议选择12MM厚的，不会变形.

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②订单下够一定吨量（模具费÷300）或一年内提货量达到一定吨量可返还模具费；

8、模具事宜：①双方确认模具图纸后我司如有常规模具可直接接单生产。若需开模双方确认模具图纸且在我司收到贵司全额模具费即安排开模，开模时间10-15个工作日，试模完成免费提供≤30cm长坯料料头给贵司确认；

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9、付款方式：正式订单下达时需预付总货款的50%定金予我司，型材生产完毕凭产品出仓单付清余款后立即安排相关出货事宜。

11、型材长度：一般控制在3～6米，其他长度以双方确认为准

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【玻璃类型】单玻（10mm钢化玻璃）

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沪铝节后开盘整体呈现震荡走势，主力合约收于13960。昨日公布的库存数据来看，铝锭累库超过7万吨，铝棒累库约3.5万吨，在下游加工厂减停产的背景下，累库幅度整体尚可。昨日氧化铝再度上行，日内涨幅不大，但目前北方地区环保力度较强，后期涨势或较持久。节后加工厂开工将逐渐恢复，但长期来看消费的改善仍存不确定性，而前期减产造成的供给缩减将随着新产能的投产被逐渐填补，沪铝前期供需紧平衡的状态将逐渐缓解。后市需要关注成本上行和消费改善能够配合形成推涨动力，二者若背离，铝价预计仍以宽幅震荡行情为主。

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汽车铝合金覆盖件模具调试方法

铝合金板材具有质量轻、强度高、抗腐蚀性能好等优点，广泛用于汽车轻量化制造，如图1所示。铝的密度是2.7 g/cm3，是钢铁密度的1/3左右，以铝板厚度为钢板厚度的1.44倍为例，减重效果可达到50%。铝合金件与钢件在设计结构上没有本质区别，但在成形方面，铝合金板与钢板的材料特性不同，在冲压成形时铝合金板更容易出现开裂和起皱，如图2、图3所示。铝合金板还具有延伸率低、冲压成形性差、弹性模量小、回弹较大的特点，铝合金板的弹性模量是钢板的1/3，其回弹量约是钢板的3倍左右，导致冲压难度大。

图1 铝合金件车身应用分布

图2 起皱

图3 开裂

1铝合金件模具调试1.1

铝合金件模具调试技术要点

成形铝合金件的模具调试技术要点如下。

（1）铝合金件的回弹量是普通钢件的3倍左右，对拉深模的粗糙度要求比普通钢件模具更高，必须在粗糙度值达到要求的前提下才能进行调试，选用较软油石推光模具零件型面，模具零件型面及成形凸模圆角R不能有划伤痕迹，更不能有砂眼气孔。

（2）拉深调试进料对照CAE分析严格控制，误差≤2 mm，保证模具冲压的稳定性。

（3）拉深模调试不可随意对拉深筋及拉深槽圆角R进行放大；需要调整拉深筋或圆角R时，应按图4所示顺序进行。

图4 拉深筋布置

（4）铝合金件硬化后屈服强度上升，后工序整形翻边易出现暗裂，拉深模调试时变薄量按上限控制，不允许有桔皮现象产生。

（5）研配着色必须成均匀雾状散开，切不可成云朵分散状（见图5）。

图5 研配着色雾状

（6）严禁使用角磨机等气动工具打磨，以免造成型面坑洼。

（7）铝合金件容易氧化，存放时不能表面外露，铝合金表面油膜不能受损，应包装保存。

（8）铝合金件材质偏软，硬度较低，成形过程中容易拉伤，调试前板件要清洁无尘，板件毛刺应使用锉刀去除，不能使用气动工具。

（9）铝合金件成形后检查表面质量时不可像钢件一样使用油石打磨，而是采用胶木软油石或光照检查，避免铝合金件表面划伤。

1.2 铝合金件拉深模调试方法

1.2.1 基准件制作及压料面研配

（1）基准件凸模检查，清理加工残留，判定上、下模通气孔设置是否合理。

（2）成形外板的凸模推光，粗糙度Ra<0.8 μm，保证所有凸模圆角和棱线光顺清晰，并用钢皮、油石检查修复淬火区域缺陷，保证基准连线，推光凸模拉深坎、压料面及凹模圆角，各圆角粗糙度Ra<0.4 μm；内板各圆角粗糙度Ra<0.8 μm。

（3）根据调试指导书对各压力参数、气垫行程、机床行程进行设定，调整所有导向间隙至要求值。

（4）研合压料面时，气垫压力参照调试指导书设定，前期大于标准压力1.2倍进行研合，当压料面达50%左右着色时采用标准压力研合，为后期调试成形裕度保留可操作空间。

（5）带平衡块研合压料面，先保证每个平衡块均着虚色，然后根据平衡块着色情况打磨压料面，防止压料面研合倾斜，在打磨过程中平衡块垫片必须统一并逐一向下递减。如板料出现起皱现象可将此处作缺口至拉深筋根部，防止褶皱导致误判，着色要求为管理面100%，非管理面90%。

1.2.2 成形性研配调试

（1）保证压料面粗糙度达Ra0.8 μm、各圆角粗糙度达Ra0.4 μm才能进行制件调试工作。

（2）不带平衡块进行制件调试，气垫压力、行程、冲压速度按照成形分析报告设定。

（3）分层调试（每次20~30 mm再向下），根据调试指导书调节进料尺寸，观察模具进料状态，并做好记录。

（4）分层调试过程中对压料面着色硬点进行逐步排除，保证压料面的成形稳定性。

（5）调试过程中观察制件凸台等形状和机床主压力，逐步调试到底，确认成形到底高度并记录。

（6）模具成形到底后检查最终进料状态并对比理论状态，根据结果对模具作适当地调整，保证实际流入量和成形分析流入量接近或吻合。

（7）根据着色图清理侧壁间隙及凹模圆角根部，研合压力不能大于制件成形力，型面研合着色率应满足：关键区域90%，非关键区域80%，强压面95%，基准面RPS点位置100%，可对照图6进行模具着色。

图6 研配着色指示

（8）调试过程中调整的拉深筋高度、拉深槽R角、工艺补充圆角等数据需全部记录在调试指导书上。

（9）检查上、下模及压边圈圆角修磨过的位置硬度是否满足设计要求，不足则进行淬火。

1.2.3 成形裕度调试

（1）不带调压垫。在不带调压垫的情况下成形拉深件，检查出件状态。如果制件不皱不裂，可将压边圈标准压力逐次下调5%~10%，以标准压力 1 000 kN为例，可从950 kN调至900 kN分别检查制件状态，依次递减找到下限值再将标准压力逐次上调5%~10%，直到破裂并检查各压力下的制件状态，并调整模具至零件合格。压边力设置范围的合格标准为±10%。

（2）带调压垫。测试方法同上，压边圈压力以10%逐次上调至零件破裂，检查各压力下的制件状态，找到上限值。压边圈压力以5%逐次下调检查零件状态找到下限值（缩颈、开裂、起皱在不满足标准的前提下进行相应处理），并调整模具至零件合格。压边力设置范围的合格标准为（-15%，+30%），调压垫分布如图7所示。

图7 调压垫分布

1.3 铝合金件后工序模具调试方法

1.3.1 基准件制作及压料板研配

（1）用带工艺基准CH孔工序件协调凸模，保证修边、翻边、整形区域制件与凸模间隙<0.5 mm，如遇工序件有回弹，保证工序件与凸模型面贴合率：基准S面贴合率<0.1 mm，工艺基准CH孔位误差<0.2 mm，且工序件定位稳定可靠。

（2）推油光修边、翻边凸模，粗糙度Ra<0.8 μm，成形外板件的凸模用钢皮和油石检查，修复淬火区域缺陷至要求。

1.3.2 研配调试

（1）将各工序件带工艺基准CH孔工序件的正反面涂色，将压力机滑块高度抬高，保证修边、翻边镶件、凸模不工作，且工序件不变形的情况下研合压料芯。

（2）研合每一工序压料芯必须带平衡块进行，且平衡块始终在等高着色的状态下研合，以保证压料芯研合的整体平行度，减少后期由于更换压力机生产而带来的误差。

（3）研合过程中随时观察工艺基准CH孔是否窜动，并判定原因，保证制件定位可靠。

（4）压料芯研合工作区域着色率需达到95%以上，外板翻边区域着色需达到100%。

2铝合金件模具调试注意事项