鋁件料屑控制與解決方法的研究及應用

文／包云發·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

隨著汽車產品的更新換代和汽車工藝技術的發展，由于鋁合金板密度只有鋼板的1/3左右，在車身上使用鋁合金板替代鋼板可使白車身減輕約40%，對汽車輕量化具有立竿見影的效果，同時鋁合金板具有高強度、可再生、高適用性、防腐性以及優異的成形性，是汽車輕量化的理想材料。

鋁件相對鋼件來說，由于質軟更加容易在模具上形成積屑瘤，從而引起修/翻鑲塊拉毛刮件，導致修邊細小料屑脫落和帶到模具里，引起墊料屑并造成制件返修率上升，大線停臺率居高不下。本文針對鋁件沖裁修邊在工藝結構及相關標準事項上進行了詳細闡述，介紹了鋁件現有生產過程中需要重點攻克的技術，以及在生產過程中的維護保養。

沖裁修邊工藝與相關標準

鋁板修邊工藝與鋼板修邊工藝對比

鋁板區別于鋼板：鋼板修邊采用的是廢料刀或者彈性廢料刀，鋁板修邊則無廢料刀設計；鋼板修邊的結構采用三角定位孔，采用連修帶翻結構，鋁板則不采用；鋼板的修邊間隙保證在(6%～8%)×t(t為料厚)，鋁板的沖裁間隙要大于鋼板間隙，間隙為10%×t(t 為料厚)；鋼板修邊時可以采用階梯刃口及波浪刃口，可以實現降噪聲的效果，鋁板則為了避免提前切割不允許用波浪刃口，最終目標是沿著制件形狀同時均勻切割；鋼板修邊采用研修垂直，鋁板修邊鑲塊考慮保留控刀2°，上模刀塊做-2°及鈍化處理。

鋼鋁修邊間隙的控制標準

對于修邊沖孔及外表面件來說，上模和下模鑲塊間的修邊間隙是必須存在的，詳見圖1。間隙是指兩個刃口間的均勻間距，其大小由板厚、屈服強度、板材決定；鋼板分為深拉延板材、高強鋼板及超高強鋼板材，根據不同的屈服強度來決定修沖間隙的比例，例如：深拉延板材屈服強度小于325N/mm2，并且板料厚度小于1mm 且間隙按照6%×t 控制，料厚大于1mm 且間隙按照8%×t 控制，鋁板則統一按照10%×t 要求。

修邊接刀過切幾種形式

接刀用于成品件修邊與廢料的分離，達到減少必要的分離刀空間及優化廢料滑道的目的。通常來講，接刀也需依據制件的大小和法蘭邊的功用來確定修邊及廢料區域形狀大小的過切值。圖2 為修邊接刀標準，下面介紹實際中存在的形式：

⑴過切的修邊輪廓：工藝預切口設計標準為R ＝5mm，深度為0.5 ～1.0mm；

⑵中間交刀的過切：工藝預切口設計標準為R ＝5mm，深度為0.5 ～1.0mm；

⑶法蘭R 角中帶修邊45°角的過切：工藝預切口為R ＝10mm，角度為45±5°；

⑷法蘭R 角中帶S 形的過切：工藝預切口為R ≥10mm，深度為0.5 ～1.0mm。

實際案例：發罩外板風擋區域修邊刀過長，工藝切口不符合上文所述的形式(過切的修邊輪廓)，如圖3 所示。

圖3 過切狀態

實際現象：發罩外板風擋頻繁過切，導致長條料屑造成批量生產時返修品超標，停臺時間超標。

原因分析：此處修邊工藝為二次修邊，OP40 前序修邊，OP50 后序修邊，前后序修邊過渡區域產生過切現象，OP50 后序修邊刀長5mm，導致刀切到OP40 修邊線上，造成過切形成長條料屑及毛刺。

改進措施：①現有OP50 后序修邊刀打磨7mm；②現有工藝的工藝切口尺寸加大，由原來的R ＝3mm，深度D ＝0.5mm，更改為R ＝5mm，深度D＝2.0mm。更改后狀態見圖4。

圖4 更改后狀態

搭邊值

排樣時在沖裁件之間以及沖裁件與條料側邊之間留下的工藝廢料叫搭邊，如圖5 所示。搭邊的作用：一是補償定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格零件；二是增加條料剛度，方便條料送進，提高生產效率；同時，搭邊還可以避免將沖裁時條料邊緣的毛刺拉入模具間隙，從而提高模具壽命。

圖5 修邊搭邊示意圖

搭邊值對沖裁過程及沖裁件質量有很大的影響，因此一定要合理確定搭邊值。搭邊值過大，材料利用率低；搭邊值過小，搭邊的強度和剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙造成沖裁力不均，損壞模具刃口。

⑴影響搭邊值的因素：

①材料的力學性能，硬材料的搭邊值可小一些，軟材料、脆材料的搭邊值要大一些；

②材料厚度因素，材料越厚搭邊值也越大；

③沖裁件的形狀和尺寸，零件外形越復雜，圓角半徑越小，搭邊值則要取大些；

④卸料方式，彈性卸料比剛性卸料的搭邊值小一些；

⑤送料及擋料方式，有側刃定距比用擋料銷定距的搭邊值小一些。

⑵搭邊值的確認：終修邊及分離修邊及搭邊值的設計標準(經驗數據，見表1)。

表1 搭邊值的設計標準

修邊壓料板設計相關要求

修邊壓料板的作用是沖裁前將零件在凸凹模之間壓緊，保持不滑動與可以精確地沖裁零件，圖6 所示為初步總結的壓料板設計相關要求：

圖6 壓料板設計要求

⑴修邊刀與壓料板間隙：修邊輪廓和壓料板空開a ＝(0.5+0.3)mm；窄面的修邊刀與鑲塊的間隙最小尺寸適當變小a ＝(0.3+0.1)mm；

⑵壓料板壓料寬度：剪切一般都掉落在靠近刀口的凸模上，如果能夠減少凸模的符型寬度(即減少零件和凸模的接觸面)或減少壓料板的有效壓料寬度，均可減小出現墊料屑的幾率。壓料板有效寬度為15 ～20mm，其余區域避空0.5mm 以上；

⑶使用導柱進行導向時壓料板盡量設計的扁平，導柱的數量視壓料板的大小而定，如果有側向力時必須使用導板進行導向；

⑷所有外板件除了拉延模外都需要加錐形平衡塊，內板件有斜楔類的必須要加錐形平衡塊。

鋁件控制料屑的重點方法

修邊間隙及沖裁后光亮帶

⑴鋁件的修邊間隙大于鋼件，嚴格執行10%t(t為料厚)；

⑵沖裁后光亮帶按照30%控制。

同時同步剪切及制件隨形剪切

同一片廢料在0.1mm 范圍內同時剪切，修邊時已經將廢料一側大部分切斷，還有小部分正在剪切時，板料應力釋放或者因自重發生轉動或下落，刮刃口容易產生料屑。

⑴壓橡皮泥：能夠檢查是否同步剪切，但無法較為準確、快捷地優化鑲塊。

⑵壓件：調整閉合高度至剛剪切板料，觀察剪切印記來判斷是否為同步剪切，如圖7 所示。此種方法能夠快速檢查出刃口是否為同步剪切，但無法知道鑲塊刃口相差的具體數據。此種方法在模具動檢驗收時同樣適用。

⑶壓料板與鑲塊隨形：上模翻轉，壓料板水平頂起至鑲塊刃口，用劃針沿著壓料板輪廓在鑲塊刃口劃線，既能夠檢查刃口是否同時剪切，又能夠知道鑲塊高低差，精度能控制在0.15 ～0.2mm 之間。

⑷上模修邊刀刀背寬度留5mm，刀背后面做空開，上模修邊刀做-2°，刃口2mm 寬垂直度。

上模鑲塊刃口鈍化處理

鋼件鑲塊刃口鋒利，刃口制作成垂直剪切，鋁件鑲塊刃口曲率內刃口0.3 ～0.5mm 鈍化處理。

鋼鋁修邊壓料寬度對比

與鋼件相比，鋁件修邊壓料面要寬，鋼件修邊壓料面寬≥15mm，鋁件修邊壓料面寬≥20mm。鋁件料厚越大，在修邊時需要的修邊力越大，需要更大的壓料力保證在修邊過程中板料不竄動，鋁件在拉延成形后回彈較大，與修邊序凸模不隨形會產生二次剪切，料屑增多則需要更大的壓料面保證制件與凸模符型，如圖8 所示。

圖8 刃口鈍化處理及壓料板強壓狀態

立切修邊的解決辦法

立切修邊由于上下模刀塊接觸方式不同，產品形狀凸起部位被切斷后會持續受到上模刀立面的擠壓摩擦，造成板料切斷面的品質不良。當修邊方向與所要修的邊相互平行或者是其間夾角小于15°，通常將此類修邊定義為立切修邊。一般情況下，修邊鑲塊的形狀是隨產品的形狀起伏，以此保證同時開始修邊，圖9 所示是修邊鑲塊的形狀隨產品的形狀起伏時立切修邊的整個過程。

圖9 立切修邊過程

立切修邊的改進方式(圖10)如下：

圖10 立切修邊改進

⑴探索實踐得出第二種合入深度為5mm，合入刃口深度盡量小，保證切斷的同時減少刃口二次擠壓斷面的影響；

⑵間隙應偏大一些，正常的修邊間隙為10%×t，斷面中毛刺占(5%～10%)×t，為了避免毛刺被刮下來，間隙應該略大于10%×t；

⑶保證上下模刃口完好，并且具有較高的光潔度。

生產過程中輔助工具的應用

現狀：通過對模具的修改只能降低料屑的產生量，但是不能完全避免，在模具生產過程中仍然可能會出現料屑。由于鋁屑質量輕，壓力機機械手(CBF)在高速運行過程中產生氣流，容易造成料屑飛起掉入至模具型面，工序成形后導致制件表面產生壓痕。

設計增加吹氣裝置(圖11)：氣源通過壓力機進行控制，當需要噴射氣體時通過壓縮空氣接頭將氣體傳輸到噴嘴，然后氣體以高速噴射出來，噴射出的氣體可以產生沖擊力形成氣體流，吹掃物體表面來實現將鋁屑吹離模具。

圖11 吹氣裝置

⑴步驟1：輔具上安裝吹氣嘴，如圖12 所示。

圖12 輔具增加吹氣

需要注意的是現場實際增加吹氣嘴的區域不是固定的，而是根據現場實際需求調整，針對不同零件及料屑聚集的不同區域進行氣嘴的實際排布，這樣能夠更全面有效地達到清吹料屑的目的。

⑵步驟2：機械手(CBF)增加壓縮空氣接頭選擇應用。

從圖13 可以看到，傳統的機械手(CBF)只提供真空氣源，起到運行過程中抓(取)件及放(拋)件作用。對此提出改進，增加輔助氣源接頭為圖12 中輔具增加的氣嘴提供供氣需求。

圖13 機械手(CBF)增加壓縮空氣接頭

⑶步驟3：編輯設定設備自動監測程序。根據設定程序下一步設定設備氣源氣路角度控制范圍，如圖14 所示。

在模具上線的時候，對應零件內設置所需吹氣自動監測程序，通過監測程序來控制本工序是否需要增加額外供氣，實現吹氣的供氣動作；通過機械手運行軌跡與抓取件同步，反復試驗確認最佳的氣路啟動吹氣角度及閉合角度，從而達到最優的吹氣效果。經過反復試驗驗證得出如下最優角度：

①進氣：左側啟動角度80°，右側啟動角度80°，啟動后氣嘴開始吹氣；

②回氣：左側停止角度120°，右側停止角度120°，停止后氣嘴停止吹氣。

⑷步驟4：案例實際應用，如圖15 所示。

圖15 吹氣裝置實際應用

應用結果：吹氣嘴有針對性地把鋁屑從制件及模具功能區域上吹走，且加裝的吹氣裝置不會導致制件的變化。原則上每一序都可以加裝此結構和適用于各個工序，實際的加裝工序則需要依據現場實際情況而定。

鋁件模具預防性維護

日常維護

日常維護項目包括電鍍拉延、DLC 修沖、PVD 翻邊、拉延、修邊沖孔、翻邊整形，詳見表2。

表2 鋁件模具預防性維護項目與內容

檢修

拆檢周期：沖壓鋼件時，模具需要每10 萬次沖程拆檢一次；沖壓鋁件時，模具拆檢周期縮短至5 萬沖程一次。

檢修內容：徹底清擦，檢查螺釘是否緊固，徹底拆檢氮氣缸。在檢修自動潤滑罐時，要把油管及整個油路用壓縮空氣徹底清除一遍，重新用黃油槍充油，并標注更換日期。對氮氣缸逐個檢查氣壓，無問題的要標注檢查日期及壓力。

氮氣缸保養：要經常清擦，保持活塞干凈，影響氮氣缸使用壽命的主要是防塵圈(最靠近活塞的黃色或藍色橡膠圈)，防塵圈損壞或上翹應及時更換及修理。

結束語

本文根據沖裁切邊的工藝結構特點及相關應用標準進行詳細闡述，以及在線生產過程中需要著重關注的相關技術要求，對料屑產生的總體原因進行總結分析并拿出了相對應的解決方案。同時，創新性地提出輔助增加吹氣裝置進行改進，起到了實際性的相關效果，不僅在新模具設計過程中可以參考，對后續批量模具的維護也提供相關指導，具備推廣價值。