铝合金覆盖件冲压切屑的控制方法

铝合金板密度低，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、适用性、防腐性以及优异的成形性能，是汽车轻量化的理想材料。相对汽车钢板覆盖件，铝合金板在国内仍属于新材料范畴，各大主机厂都在探索其应用方法。

切屑产生原因及影响

切屑产生原因

模具切边的过程可分为弹性变形、塑性变形和断裂分离3个过程，切边过程复杂，包含剪切、拉伸、弯曲和横向挤压等变形。

图1 切边断面结构

切边后的断面结构如图1所示，一般分为塌角、光亮带、断裂带和毛刺4个部分，切边过程会产生毛刺带，即修边后产生毛刺，而毛刺在传送或其他冲压工序过程中脱落，即形成切屑，毛刺范围的大小直接决定切屑的严重程度，切边过程中应尽可能减少断面中毛刺带的大小。因此影响切边断面的因素均可认为是切屑产生的原因，影响切边断面的主要因素有刀口和交刀形式、刀口刃入量、刀口间隙和刀口垂直度等。

切屑影响

由于铝合金板比较轻，并有一定的粘性，在高速生产时，凹模内负压，切边碎屑或翻边时毛刺容易掉落在凸模上，这些碎屑会引起铝合金零件产生表面缺陷，成形铝合金零件的切屑压伤是困扰各大主机厂冲压生产效率的主要因素。

切边模结构设计

铝合金零件切边模结构设计要充分考虑结构细节，尽可能避免切屑的产生。

刀口及交刀形式

铝合金与传统钢板覆盖件不同，凹模刀口不采用纯尖角形式，需要倒R0.5mm圆角，如图2所示。实际模具制造过程中，铝合金零件在切边时，凹模刀口使用油石或锉刀打磨即可，倒R0.5mm圆角后，铝合金零件在切边时处于拉断状态，断裂带增加，光亮带和毛刺减小。

图2 切边刀口结构

图3 废料刀结构

切边模设计时，尽可能减少废料刀的使用，如因零件结构、工序或成本等因素，必须设计废料刀时，铝合金零件废料刀结构形式设计如图3所示。废料刀与下模刀块间隙控制在1~2mm，废料刀刀口倒5°斜角，这种结构能防止切屑的产生和堆积，减少了切屑压伤。

图4 切边交刀形式

分工序切边时，切边交刀形式对切屑产生也很重要，铝合金零件切边交刀形式如图4所示，第1次切边加工一个深1~2mm、宽10mm的工艺切口，这种结构在第2次切边时能避免过切，控制切屑的产生。

刀口刃入量

切边刀口刃入量越大，刀口和断面的摩擦行程越大，刀口发热越严重，切屑产生也越严重，铝合金零件切边刃入量比钢板小，理论上越小越好（最小刃入量=板料厚度+安全空间），一般控制在3mm左右，交刀处控制在5mm左右，如图5所示。

图5 刀口刃入量

刀口间隙

模具设计时根据板料厚度决定刀口间隙，钢板成形刀口间隙一般为8%（tt为板料厚度），刀口间隙是否合理直接影响切屑的产生，间隙过大则毛刺大，易产生切屑；间隙过小，刀口挤压产生毛刺和切屑。

图6 刀口间隙

铝合金零件刀口间隙比钢板零件大，一般控制在（10%~12%）t，如图6所示，此时断面光亮带占1/3左右，断裂带大，基本上无毛刺产生。

刀口垂直度

钢板零件切边刀口对垂直度有要求，主要是避免刀口“大肚子”时产生挤压毛刺和切屑，铝合金零件刀口设计时应考虑内收形式，如图7所示，刀口内倾2°，在保证刀口强度的情况下，减小刀口和料边的摩擦，对切屑产生有抑制作用。

图7 刀口内倾

切边压料器和凸模符型

冲压生产过程中，切屑一般都掉落在靠近刀口的凸模上，如果能够减小凸模的符型宽度（即减小零件和凸模的接触面）或减小压料器的有效压料宽度，均可减小切屑压伤零件的机率。铝合金材料较脆，切边力比钢板材料小，较小的凸模符型宽度和较窄压料器的有效压料宽度可满足铝合金零件的生产要求。

图8 压料器有效压料宽度

图9 凸模符型宽度

压料器有效宽度为15~20mm，其余区域避空0.5mm以上，如图8所示。凸模符型宽度比压料器宽5mm左右，即凸模符型宽度为20~25mm，如图9所示。

翻边模设计

翻边间隙

图10翻边间隙

铝合金零件翻边间隙比钢板零件的大，设计为板料厚度的1.1倍，即翻边间隙为1.1t，如图10所示，较大的翻边间隙能减少翻边时对细小毛刺的挤压。

翻边压料器和凸模符型

图11 翻边压料宽度和凸模符型

铝合金零件的翻边压料根据非强压区和强压区划分，非强压区压料宽度为25mm，强压区压料宽度为35mm，其他区域避空为0.5mm以上，凸模符型宽度比压料器宽10mm，如图11所示。较窄的翻边压料宽度可减小切屑压伤零件的机率，同时有利于模具零件的研配。

模具维护

除模具设计外，模具预防性维护对切屑压伤也有重要的辅助改善作用，总结成形钢板模具的维护经验，得出以下几点成形铝合金零件的模具维护经验。

涂油

在切边凸凹模刃口涂抹黄油，利用黄油的粘性，可有效粘住漂浮的切屑，在一定冲次范围内可有效抑制切屑压伤零件。

表面处理

高速冲压过程中，切边刀块摩擦发热，吸附性增强，针对该问题，可采用物理气相沉积（physical vapour deposition，PVD）表面处理技术对切边刀块进行表面处理，目前切边刀块PVD涂层有TINC和DLC两种，DLC涂层效果最佳，PVD技术可以提高刀口的硬度，减少刀口磨损及降低刀口的粗糙度值，粗糙度值可达到Ra0.2~0.4μm，降低刀口的粘附性，以此辅助减少切屑压伤，提高生产效率。翻边刀块一般采用镀铬表面处理，降低刀口的粗糙度值。

吹气

由于铝合金零件比较轻，切屑容易被气流带动，可以考虑在修边刀口或翻边压料器上增加气路，并控制吹气角度，实现对修边刀口或翻边处切屑的吹动。在模具设计初期布置气路安装位置，可减小后期手工制作的难度和工作量，同时也能提高模具美观度。

维护频次

根据冲次和工序来决定维护频次，铝合金零件的模具切边工序每1000冲次需要对刀口进行维护，包括刃口检查和清洁、间隙检查，并在刀口涂抹黄油；翻边工序每2000冲次进行翻边刀块保养；每10000冲次需要对模具重要结构零部件进行点检维护，尤其是活动部件、导向部件以及定位部件等进行细致检查。

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