一汽-大众：汽车铝制件成形过程开裂问题优化

1　铝制件开裂

1.1　浅拉深胀形开裂

铝制件成形过程中的开裂会导致材料流入失控，过多的材料流入会导致汽车发动机罩外板等胀形类制件出现凹坑、强度不足等缺陷。当材料性能波动过大，会造成制件拉深工艺补充部分间断性开裂，制件表面的凹坑也会间断出现，难以控制成形制件的质量，如图1所示。

1.2　深拉深开裂

深拉深过程中拉深筋的阻力系数过小或与压料面压强不足，会导致汽车后盖内板风挡法兰边材料流动不均匀，产生纵向开裂，开裂的大小不好控制，可能会波及制件的法兰边处，如图2所示。

1.3　翻边开裂

铝制件翻边时出现断面、积屑瘤及毛刺等，这些可能会导致翻边时出现开裂，开裂缺陷影响铝制件生产效率及其合格率，折叠与翻边开裂如图3所示。

2　开裂问题分析

2.1　浅拉深胀形开裂分析

对于汽车发动机罩外板等胀形模，大灯及风挡处采用方筋或断筋等结构，在拉深过程中，方筋拽料阻力大，材料无法流动，但压料面压力不足会造成制件局部材料流动较大而开裂。当拉深方筋的压边圈压料面压料力不足时，在胀形过程中，方筋中的材料被拽紧，此时在方筋R角处会出现应力集中，导致拉深件在方筋R角出现开裂。开裂后材料失控而导致材料流入过多，最终导致制件表面出现缺陷，如图4所示。

针对浅拉深制件出现开裂问题的解决措施如下。

（1）调整成形发动机罩外板附近区域的模具平衡块高度，使压边圈压料面与上模压料面间的间隙减小，以增大压料力，使方筋中压料面区域的材料无法流动，以避免开裂现象，实现材料均匀胀形，成形制件表面也不会出现凹坑等现象。

（2）在方筋的压边圈压料面上“刮沟”。上模压料面保持平整，在下模压边圈方筋的压料面上机加工1条细窄的沟槽，由于铝制件材料较软，在一定的压料力下会被轻微压入沟槽中，以增大进料阻力，如材料流动停止，开裂则会消除。具体实施方法：在压边圈的筋内压料面上加工图5所示的凹槽，凹槽宽2mm，深2mm，距离筋槽及压料圈边缘均为4mm。在压边力不变的情况下，减少了压料面与制件的接触面积，增大了模具零件与材料间的压强，使摩擦阻力增加，成形时材料存在一定的变形，在进料时的变形量产生进料阻力分量。

2.2　深拉深开裂分析

2.2.1　拉深R角结构不合理

铝制件与钢制件不同点之一是铝材料自带罗平线，罗平线之间存在沟谷，即裂纹，在成形过程中，R角和平面处过渡急剧，容易将沟谷放大，在拉深力及胀形力的作用下，沟谷底部应力集中，导致材料缩颈甚至开裂，如图6所示。解决措施：对于存在二次翻边，非功能区和匹配性的R角可以适当增大过渡区，在不降低R角拱起高度的情况下，增大过渡区斜线的延长范围，如图7所示。

2.2.2　材料流动不均匀纵向开裂

制件在成形过程中，拉深筋的阻力系数过小或与压料面压强不足，导致汽车风挡内部法兰边材料流动不均匀，产生纵向开裂，解决措施如下。

（1）对拉深筋直段所对应的拉深筋槽R角进行烧焊，使R角变大，增加阻力，同时需要圆弧拐角处的拉深筋比直段低，保证圆弧处进料补充面所需的材料，如图8所示。

（2）压料面着色查看空压料的位置，在拐角处的压料面上贴胶带进行强压试验，成形制件未开裂，针对贴胶带区域压料面进行烧焊，增加该处的压强，如图9所示。

（3）压料面在研修过程中需要采用拉深到底的制件，因为在成形到底后法兰边的厚度变化较大，如果只用材料进行研配着色，最后成形时此处着色还是变空，达不到强压的效果，如图10所示。

2.3　翻边开裂分析

2.3.1　修边后断面呈现锯齿状或毛刺过大

拉深类翻边时应力集中在锯齿凹点或毛刺处，材料修边时由于修边间隙、修边顺序、刀背形状与制件不随形等原因，修边后制件的修边断面会呈现锯齿状或出现毛刺过大的现象，此时在锯齿的最凹点及毛刺与普通断面的过渡处容易产生应力集中，拉深类翻边的部位在拉深力的作用下，翻边呈现与翻边线交叉的缩颈或裂纹，如图11所示。对于修边后断面呈现锯齿状或毛刺过大的问题，可以采取保证铝材料的修边间隙为10%料厚的方案，对于易开裂的部位先修边，避免后修边材料拽断而出现毛刺，保证刃口锋利无崩刃。

2.3.2　修边镶件积屑瘤

在修边过程中，修边镶件与铝制件不断摩擦，由于铝材料较软，且具有一定的粘性，长时间摩擦后会粘附在修边镶件的修边立面上，形成积屑瘤，积屑瘤在修边过程中对铝制件的修边断面刮蹭，导致制件修边断面局部出现凹沟，在翻边时受拉深应力的影响，出现翻边开裂，如图12所示。

修边镶件在头部加工-2°角度，可避免在工作中修边镶件修边立面与铝制件断面的摩擦，减少积屑瘤的产生，如图13所示。对修边镶件进行类金刚石碳处理（diamond-likecarbon，DLC），使修边镶件与铝制件无法直接接触，软的铝材料无法粘附在修边镶件上。

2.3.3　边缘出现翻边开裂

铝材料在成形过程中，边缘在以下情况会出现开裂。

（1）压料板过短，修边后不能完全压住材料，导致铝制件边缘出现翘曲现象，在翻边过程中，翻边镶件强行把翘曲翻直，会在翻边线处出现缩颈或开裂，如图14所示。

（2）由于模具空间位置、制件抓取等原因，同一翻边位置不能在同一工序一次性成形，在分工序成形时，过渡区变化急剧，在最后翻边时，分工序的翻边过渡位置开裂，如图15所示。解决措施：①对压料板适当加长，但压料板与修边镶件相对运动时不能干涉，使压料板在修边结束回程过程中，即使修边镶件与材料相刮也不会出现翘曲的现象，如图16所示；②对于同一翻边位置在不同工序完成翻边时造成的开裂问题，可以延长过渡区，适当减小已翻边部位和未翻边部位的高度差，2个部位的高度差越大，后续翻边时开裂的风险也越大。

▍原文作者:包云发

▍作者单位：一汽-大众汽车有限公司