铝件料屑控制与解决方法的研究及应用

文／包云发·一汽-大众汽车有限公司佛山分公司

随着汽车产品的更新换代和汽车工艺技术的发展，由于铝合金板密度只有钢板的1/3左右，在车身上使用铝合金板替代钢板可使白车身减轻约40%，对汽车轻量化具有立竿见影的效果，同时铝合金板具有高强度、可再生、高适用性、防腐性以及优异的成形性，是汽车轻量化的理想材料。

铝件相对钢件来说，由于质软更加容易在模具上形成积屑瘤，从而引起修/翻镶块拉毛刮件，导致修边细小料屑脱落和带到模具里，引起垫料屑并造成制件返修率上升，大线停台率居高不下。本文针对铝件冲裁修边在工艺结构及相关标准事项上进行了详细阐述，介绍了铝件现有生产过程中需要重点攻克的技术，以及在生产过程中的维护保养。

冲裁修边工艺与相关标准

铝板修边工艺与钢板修边工艺对比

铝板区别于钢板：钢板修边采用的是废料刀或者弹性废料刀，铝板修边则无废料刀设计；钢板修边的结构采用三角定位孔，采用连修带翻结构，铝板则不采用；钢板的修边间隙保证在(6%～8%)×t(t为料厚)，铝板的冲裁间隙要大于钢板间隙，间隙为10%×t(t 为料厚)；钢板修边时可以采用阶梯刃口及波浪刃口，可以实现降噪声的效果，铝板则为了避免提前切割不允许用波浪刃口，最终目标是沿着制件形状同时均匀切割；钢板修边采用研修垂直，铝板修边镶块考虑保留控刀2°，上模刀块做-2°及钝化处理。

钢铝修边间隙的控制标准

对于修边冲孔及外表面件来说，上模和下模镶块间的修边间隙是必须存在的，详见图1。间隙是指两个刃口间的均匀间距，其大小由板厚、屈服强度、板材决定；钢板分为深拉延板材、高强钢板及超高强钢板材，根据不同的屈服强度来决定修冲间隙的比例，例如：深拉延板材屈服强度小于325N/mm2，并且板料厚度小于1mm 且间隙按照6%×t 控制，料厚大于1mm 且间隙按照8%×t 控制，铝板则统一按照10%×t 要求。

修边接刀过切几种形式

接刀用于成品件修边与废料的分离，达到减少必要的分离刀空间及优化废料滑道的目的。通常来讲，接刀也需依据制件的大小和法兰边的功用来确定修边及废料区域形状大小的过切值。图2 为修边接刀标准，下面介绍实际中存在的形式：

⑴过切的修边轮廓：工艺预切口设计标准为R ＝5mm，深度为0.5 ～1.0mm；

⑵中间交刀的过切：工艺预切口设计标准为R ＝5mm，深度为0.5 ～1.0mm；

⑶法兰R 角中带修边45°角的过切：工艺预切口为R ＝10mm，角度为45±5°；

⑷法兰R 角中带S 形的过切：工艺预切口为R ≥10mm，深度为0.5 ～1.0mm。

实际案例：发罩外板风挡区域修边刀过长，工艺切口不符合上文所述的形式(过切的修边轮廓)，如图3 所示。

图3 过切状态

实际现象：发罩外板风挡频繁过切，导致长条料屑造成批量生产时返修品超标，停台时间超标。

原因分析：此处修边工艺为二次修边，OP40 前序修边，OP50 后序修边，前后序修边过渡区域产生过切现象，OP50 后序修边刀长5mm，导致刀切到OP40 修边线上，造成过切形成长条料屑及毛刺。

改进措施：①现有OP50 后序修边刀打磨7mm；②现有工艺的工艺切口尺寸加大，由原来的R ＝3mm，深度D ＝0.5mm，更改为R ＝5mm，深度D＝2.0mm。更改后状态见图4。

图4 更改后状态

搭边值

排样时在冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边，如图5 所示。搭边的作用：一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高生产效率；同时，搭边还可以避免将冲裁时条料边缘的毛刺拉入模具间隙，从而提高模具寿命。

图5 修边搭边示意图

搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响，因此一定要合理确定搭边值。搭边值过大，材料利用率低；搭边值过小，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙造成冲裁力不均，损坏模具刃口。

⑴影响搭边值的因素：

①材料的力学性能，硬材料的搭边值可小一些，软材料、脆材料的搭边值要大一些；

②材料厚度因素，材料越厚搭边值也越大；

③冲裁件的形状和尺寸，零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值则要取大些；

④卸料方式，弹性卸料比刚性卸料的搭边值小一些；

⑤送料及挡料方式，有侧刃定距比用挡料销定距的搭边值小一些。

⑵搭边值的确认：终修边及分离修边及搭边值的设计标准(经验数据，见表1)。

表1 搭边值的设计标准

修边压料板设计相关要求

修边压料板的作用是冲裁前将零件在凸凹模之间压紧，保持不滑动与可以精确地冲裁零件，图6 所示为初步总结的压料板设计相关要求：

图6 压料板设计要求

⑴修边刀与压料板间隙：修边轮廓和压料板空开a ＝(0.5+0.3)mm；窄面的修边刀与镶块的间隙最小尺寸适当变小a ＝(0.3+0.1)mm；

⑵压料板压料宽度：剪切一般都掉落在靠近刀口的凸模上，如果能够减少凸模的符型宽度(即减少零件和凸模的接触面)或减少压料板的有效压料宽度，均可减小出现垫料屑的几率。压料板有效宽度为15 ～20mm，其余区域避空0.5mm 以上；

⑶使用导柱进行导向时压料板尽量设计的扁平，导柱的数量视压料板的大小而定，如果有侧向力时必须使用导板进行导向；

⑷所有外板件除了拉延模外都需要加锥形平衡块，内板件有斜楔类的必须要加锥形平衡块。

铝件控制料屑的重点方法

修边间隙及冲裁后光亮带

⑴铝件的修边间隙大于钢件，严格执行10%t(t为料厚)；

⑵冲裁后光亮带按照30%控制。

同时同步剪切及制件随形剪切

同一片废料在0.1mm 范围内同时剪切，修边时已经将废料一侧大部分切断，还有小部分正在剪切时，板料应力释放或者因自重发生转动或下落，刮刃口容易产生料屑。

⑴压橡皮泥：能够检查是否同步剪切，但无法较为准确、快捷地优化镶块。

⑵压件：调整闭合高度至刚剪切板料，观察剪切印记来判断是否为同步剪切，如图7 所示。此种方法能够快速检查出刃口是否为同步剪切，但无法知道镶块刃口相差的具体数据。此种方法在模具动检验收时同样适用。

⑶压料板与镶块随形：上模翻转，压料板水平顶起至镶块刃口，用划针沿着压料板轮廓在镶块刃口划线，既能够检查刃口是否同时剪切，又能够知道镶块高低差，精度能控制在0.15 ～0.2mm 之间。

⑷上模修边刀刀背宽度留5mm，刀背后面做空开，上模修边刀做-2°，刃口2mm 宽垂直度。

上模镶块刃口钝化处理

钢件镶块刃口锋利，刃口制作成垂直剪切，铝件镶块刃口曲率内刃口0.3 ～0.5mm 钝化处理。

钢铝修边压料宽度对比

与钢件相比，铝件修边压料面要宽，钢件修边压料面宽≥15mm，铝件修边压料面宽≥20mm。铝件料厚越大，在修边时需要的修边力越大，需要更大的压料力保证在修边过程中板料不窜动，铝件在拉延成形后回弹较大，与修边序凸模不随形会产生二次剪切，料屑增多则需要更大的压料面保证制件与凸模符型，如图8 所示。

图8 刃口钝化处理及压料板强压状态

立切修边的解决办法

立切修边由于上下模刀块接触方式不同，产品形状凸起部位被切断后会持续受到上模刀立面的挤压摩擦，造成板料切断面的品质不良。当修边方向与所要修的边相互平行或者是其间夹角小于15°，通常将此类修边定义为立切修边。一般情况下，修边镶块的形状是随产品的形状起伏，以此保证同时开始修边，图9 所示是修边镶块的形状随产品的形状起伏时立切修边的整个过程。

图9 立切修边过程

立切修边的改进方式(图10)如下：

图10 立切修边改进

⑴探索实践得出第二种合入深度为5mm，合入刃口深度尽量小，保证切断的同时减少刃口二次挤压断面的影响；

⑵间隙应偏大一些，正常的修边间隙为10%×t，断面中毛刺占(5%～10%)×t，为了避免毛刺被刮下来，间隙应该略大于10%×t；

⑶保证上下模刃口完好，并且具有较高的光洁度。

生产过程中辅助工具的应用

现状：通过对模具的修改只能降低料屑的产生量，但是不能完全避免，在模具生产过程中仍然可能会出现料屑。由于铝屑质量轻，压力机机械手(CBF)在高速运行过程中产生气流，容易造成料屑飞起掉入至模具型面，工序成形后导致制件表面产生压痕。

设计增加吹气装置(图11)：气源通过压力机进行控制，当需要喷射气体时通过压缩空气接头将气体传输到喷嘴，然后气体以高速喷射出来，喷射出的气体可以产生冲击力形成气体流，吹扫物体表面来实现将铝屑吹离模具。

图11 吹气装置

⑴步骤1：辅具上安装吹气嘴，如图12 所示。

图12 辅具增加吹气

需要注意的是现场实际增加吹气嘴的区域不是固定的，而是根据现场实际需求调整，针对不同零件及料屑聚集的不同区域进行气嘴的实际排布，这样能够更全面有效地达到清吹料屑的目的。

⑵步骤2：机械手(CBF)增加压缩空气接头选择应用。

从图13 可以看到，传统的机械手(CBF)只提供真空气源，起到运行过程中抓(取)件及放(抛)件作用。对此提出改进，增加辅助气源接头为图12 中辅具增加的气嘴提供供气需求。

图13 机械手(CBF)增加压缩空气接头

⑶步骤3：编辑设定设备自动监测程序。根据设定程序下一步设定设备气源气路角度控制范围，如图14 所示。

在模具上线的时候，对应零件内设置所需吹气自动监测程序，通过监测程序来控制本工序是否需要增加额外供气，实现吹气的供气动作；通过机械手运行轨迹与抓取件同步，反复试验确认最佳的气路启动吹气角度及闭合角度，从而达到最优的吹气效果。经过反复试验验证得出如下最优角度：

①进气：左侧启动角度80°，右侧启动角度80°，启动后气嘴开始吹气；

②回气：左侧停止角度120°，右侧停止角度120°，停止后气嘴停止吹气。

⑷步骤4：案例实际应用，如图15 所示。

图15 吹气装置实际应用

应用结果：吹气嘴有针对性地把铝屑从制件及模具功能区域上吹走，且加装的吹气装置不会导致制件的变化。原则上每一序都可以加装此结构和适用于各个工序，实际的加装工序则需要依据现场实际情况而定。

铝件模具预防性维护

日常维护

日常维护项目包括电镀拉延、DLC 修冲、PVD 翻边、拉延、修边冲孔、翻边整形，详见表2。

表2 铝件模具预防性维护项目与内容

检修

拆检周期：冲压钢件时，模具需要每10 万次冲程拆检一次；冲压铝件时，模具拆检周期缩短至5 万冲程一次。

检修内容：彻底清擦，检查螺钉是否紧固，彻底拆检氮气缸。在检修自动润滑罐时，要把油管及整个油路用压缩空气彻底清除一遍，重新用黄油枪充油，并标注更换日期。对氮气缸逐个检查气压，无问题的要标注检查日期及压力。

氮气缸保养：要经常清擦，保持活塞干净，影响氮气缸使用寿命的主要是防尘圈(最靠近活塞的黄色或蓝色橡胶圈)，防尘圈损坏或上翘应及时更换及修理。

结束语

本文根据冲裁切边的工艺结构特点及相关应用标准进行详细阐述，以及在线生产过程中需要着重关注的相关技术要求，对料屑产生的总体原因进行总结分析并拿出了相对应的解决方案。同时，创新性地提出辅助增加吹气装置进行改进，起到了实际性的相关效果，不仅在新模具设计过程中可以参考，对后续批量模具的维护也提供相关指导，具备推广价值。