冲压工艺及模具－设计与实践第9章冲压件质量控制与管理

第9章 冲压件质量控制与管理,9.1冲压企业的质量控制9.1.1冲压企业的质量控制体系当设计冲压加工工艺时，做好质量控制的准备是非常必要的。冷冲压车间的质量控制包括对所领原材料的质量控制；冲压加工前，对模具安装和调整的检查；半成品和成品的检验与验收。产品检验是由操作工人和工厂质量管理部门的检验员来执行的。工厂质量管理部门的负责人直接在厂长的领导下进行工作。质量控制部门包括原材料、半成品和产品验收工段；坯料准备车间、加工车间和装配车间的质量控制工段；还包括设有次品分析的技术室。车间质量控制部门的领导直接对工厂质量管理部门的负责人或其助手负责。高级质量控制工长负责他们值班期间的质量，并领导车间各工段、小组、生产线的质量控制人员及质量检验员。质量控制部门的专职人员不受车间管理机构和工厂生产机构与技术,部门的管理。组织现代生产的必要条件是每个工人必须对产品的质量负责，而质量控制部门的检验员，要全面分析生产过程中影响质量的各种因素，并进行预防和监督，以避免出现低质量的产品。从事冲压生产的操作工人和工长，在将自己生产的半成品和成品交专职人员检验之前，应先做自检，如果控制部门的检验在验收时，发现一批零件上都有缺陷，则应把整批零件全部退回给操作工人。在冲压生产中，质量控制的检验次数取决于零件的形状和尺寸、精度要求和表面粗糙度。生产过程越复杂，对半成品的检验次数就越频繁。检验次数也取决于零件是由流水方法生产，还是各工序间隔时间很长。在第1种情况下，只在调整模具和生产开始时进行操作检查。在冲压生产过程中，通常只检查成品件；如果发现零件有缺陷，就检查上一道工序。在第2种情况下，对,所有的工序都要检查半成品，以防止在最后加工阶段出现次品。当检查到一个有缺陷的工件时，检验员应通知工人停止工作，并与工长和工人一道，找出产生缺陷的原因，只有消除了产生缺陷的原因之后，方可重新操作。在设计冲压工艺时，必须在工艺上写明需要检验的数据和检验时所应使用的工量具。如果被检验的零件形状复杂，就需要一些特殊的量具，这些量具必须在模具加工前制造出来，以便于模具的调试和最后精修。9.1.2冲压产品检验的类型检验工序随着检验方法、检验地点、检验时间及检验规模的不同而不同。检验方法包括实验室分析、检验零件的几何形状和尺寸、加工性能试验和验收检验等。实验室分析是确定待加工材料的机械、物理、化学和其他性能。几何检验是检查零件的形状和尺寸。材料或零件的外观检验是用肉眼或简单,的光学仪器来判断它的一般情况和表面粗糙度。如果实验室分析的数据不能确定材料是否适合于某种加工工序，就需要进行相应的加工性能试验。其中包括拉伸试验和弯曲试验等。根据检验完成的时间，检验工序可分为预检、中检和终检。预检是在加工之前检验待加工材料或半成品的质量，如进行机械性能测试和加工性能测试等。中检是一个工序或几个工序完成之后进行的，其目的是为了防止下一步加工出现废品。终检用于检验要送往其他车间或仓库的成品件。按检验完成的地点，检验工序可分为固定检验和流动检验。前者是在固定的检验地点完成的，而后者是在加工现场各工位直接进行的。根据检验的规模，检验工序可分为全部检验和部分检验。所谓全部检验，是对所有的零件都要进行检验，而部分检验是在一批零件中只对重要的零件才全部进行质量检验。,检验从形式上分，有例行的预防性检验、巡视检验和统计检验。例如，例行的预防性检验是指在安装一套新模具后，对第一批冲压件进行的检验。它包括对材料、模具、工艺条件和工件质量的检验。巡视检验是由质量管理部门的检验员在他所负责的加工工段内，周期性地来回进行检验。统计检验是对工件进行周期性的随机检验，其目的是发现在正常生产情况下，零件是否超差，以防止下道工序出现次品或废品。外观检查是控制冲压件质量最常用的方法，如零件表面是否有裂纹、折叠、划痕、皱纹以及其他能用肉眼观察到的缺陷等，也可借助于多种测量工具和仪器来检验其尺寸。为了确定金属的化学成分、控制热处理质量以及检验金属内部是否有缺陷，通常采用化学分析、金相分析、磁粉检验、荧光检验、X射线检验以及其他检验缺陷的方法。,化学分析用于确定金属中各种元素的含量，它是利用不同的化学反应进行的金相分析用于检验材料的宏观和微观组织、热处理的深度和质量，它是通过观察微磨片进行分析的。这种磨片是从被检验的零件上切下来，经研磨、抛光后，放进4%的硝酸酒精溶液中腐蚀后制成的。显微磨片放在显微镜下观察，而宏观磨片则用肉眼观看。磁粉和荧光检验用于检测肉眼看不见的细活微裂纹。磁粉检验是使工件磁化后，将铁粉撒在工件表面上，于是工件上的裂纹或小孔的轮廓就会变得很清晰，用肉眼即可看见。荧光检验是将零件先用矿物油溶液或煤油加以清洗，然后洗净晾干，并在上面撒满磁粉，在紫外线下观察，裂纹和凹凸坑处就会呈现出白亮点。X射线和超声波检测用于检测工件的内部缺陷（裂纹、小洞和凹坑等）。工件经X射线照射后，获得射线照片，照片上的黑点和条纹即为内部缺陷。超,声波检测所依据的原理是超声波能够从不同介质的界面处反射。短超声波脉冲进入金属后，反射波脉冲被转换成电脉冲，电脉冲被放大后，能够在示波器的荧光屏上观察到。图形上出现尖峰信号，就是存在裂纹的反映。磁粉、荧光、X射线及超声波等方法的检验都是不破坏零件而达到检验目的的，故称不非破坏性检验。冲压件的质量检验，也可使用自动检验设备，它可大大提高质量检测的效率对大型及精密冲压件，必借专业检具对冲压件进行检测。9.1.3冲压加工中废品的检查冲压加工的废品通常是由以下原因造成的：原材料有缺陷。原材料的机械性能不符合要求；材料的塑件低、组织和晶粒不符合要求、厚度不均匀和内部存在缺陷都可能引起工件的破裂和损坏。厚薄不一、加工性差或表面粗糙度大造成零件不适于冲压加工。,模具设计不合理或模具的使用不正确；壁厚不匀、折痕、毛刺、未充满、破裂和其他缺陷，都可能是由于冲压模具的不合理装配及不正确安装所造成的。违反操作规程。例如，不合理的操作顺序或不恰当的操作方法，某些工序（如中间退火）操作有误，使用了尺寸不正确的坯料以及坯料定位疏忽等。为防止出现这类废品，工人和工段长必须严格遵守工艺规程。粗心大意地装运和存放半成品与成品等。大型冲压件经常因翘曲、压痕、裂口及刮伤等缺陷而成为次品或废品，这些缺陷大多是由于粗心大意工作、不合理的装运和存放而造成的。如果次品能够被纠正（称为可补救次品），工件拿回车间返工。如是不可补救次品（称为废品），只有报废重新熔炼。潜藏在零件内部的裂纹是非常危险的，它们只能通过X射线、超声波等检验,方法检查该零件时才有可能发现。质量管理部门的检验员发现次品后，应仔细检查和分析，找出责任人并制度预防措施。次品分析和统计由专门的次品分选工来完成，根据相应的规程对次品按类型、起因和责任性质进行分类。检验次品的检验员应将检查零件的日期、次品情况、次品产生原因以及责任人姓名等资料收集在一起，写成次品报告单。不可补救的次品（废品）还应涂上涂料，标以特殊标记等。 9.2冲裁件质量分析及提高冲裁件质量的措施9.2.1冲裁件断面质量（1）冲裁断面的毛刺1）毛刺大的主要原因,凸、凹模之间的间隙不当。刃口由于磨损和其他原因而变钝。2）减少毛刺的措施在实际生产中为了减小毛刺可以从以下3个方面注意：保证凸、凹模加工精度和装配精度，保证凸模的垂直度和承受侧压的刚性；整个模具要有足够的刚度。在模具使用中经常检查凸、凹模刃口的锋利程度，发现磨损后，及时修理。保证模具安装后上模与下模的间隙均匀；安装要牢固，防止在冲压加工过程中松动；要保证模具与压力机的平行度。压力机的刚性好，弹性变形小；滑块导轨精度高，滑块运动平稳，垫板与滑块底面平行；要有足够大的工作压力。对于工件上的毛刺也可以通过后处理的方法去除，最常用的方法就是利用滚,光处理。（2）冲裁断面及其表面粗糙度冲裁加工的断面由圆角带、光亮带、断裂带及毛刺4部分组成。所谓断面粗糙，就是指光亮带窄，圆角带、断裂带和毛刺部分大。在实际生产中提高冲裁断面的质量就是要增大光亮带，减少圆角带、断裂带和毛刺。常用的方法如下：凸、凹模采用尽量小的合理间隙。间隙对光亮带大小的影响最为重要，采用较小的间隙可以明显地增大光亮带在断面上所占的比例。压紧凹模上的材料。一般采用弹性卸料板可以在冲裁时起到压紧凹模上的材料的作用。因此，采用弹性卸料板时断面质量要好于采用固定卸料板。对凸模下面的材料施加反向压力，这样可改变断裂部分的受力情况，使光亮带增大。,使用整修方法。对于断面粗糙的冲裁工件也可以通过整修的方法来提高断面质量。整修是利用模具沿工件外缘或内缘刮削去一层薄薄的切屑，除去普通冲裁时在切断面上留下的圆角带、剪裂带和毛刺，得到光滑且垂直的断面。整修过程实际上是一个切削的过程。工件经整修后，尺寸精度可达到IT6IT7级，表面粗糙度Ra可达到0.80.4m。9.2.2工件的挠曲板料冲裁过程是一个复杂的受力过程，板料在与凸模、凹模刚接触的瞬间首先要拉深、弯曲，然后剪断、撕裂。即冲裁时，板料除了受垂直方向的冲裁力外，还会受到拉、弯、挤压力的作用，这些力使工件产生挠曲。影响工件挠曲的因素有很多方面。凸、凹模的影响。首先是凸凹模间隙影响，当间隙过大时，材料冲裁时受到的拉力部分变大；当间隙过小时，材料冲裁时,图9.1凹模反锥引起的挠曲受到的挤压力部分变大。这都会使工件产生挠曲。其次当凸、凹模刃口不锋利时，也会使工件产生较大的挠曲。另外，凹模刃口部位的反锥面也会引起工件的挠曲，如图9.1所示。工件形状的影响。当工件形状复杂时，工件周围的冲裁力因而会不均匀，因此产生了由周围向中心的力，使工件出现挠曲。在冲制直径接近板厚的细长孔时，工件周围的挠曲集中在两端，使其不能成为平面。解决这类挠曲的办法首先是考虑冲裁力合理、均匀地分布，这样可以防止挠曲的产生。另外,增大压料力，用较强的弹簧、橡胶等，通过压料板、顶料器等将板料压紧，便能得到良好的效果。材料内部应力的影响。作为工件原料的板料或卷料，其本身存在一定的挠曲，而在冲压成工件时，这种挠曲就表现得更为明显了。因为板料或卷料在轧制、卷绕时产生的内部应力，这时就会转移到材料的表面，从而增加了工件的挠曲情况。要消除这类挠曲，应在冲裁前消除这种材料的内应力，这可以通过矫平或热处理退火等方法来进行。当然，根据工件形状也可在冲裁加工后进行校平。油、空气的影响。在冲裁过程中，在凸模、凹模与工件之间，或工件与工件之间，如果有油、空气不能及时排出而压迫工件时，工件会产生挠曲。特别是对薄料、软材料更为明显。因此，在冲裁过程中如需加润滑油时，应尽可能均匀地涂油，或者在模具的结构中开设油、气的排出孔，都可以消除这,类挠曲现象。同时，在模具以及板料的工作表面注意清除脏物也是十分必要的。运输和保管过程中的影响。9.2.3刃口磨损与寿命模具的正常磨损受到许多因素的影响，因此它是一个模糊的概念。想要单纯地处理和研究模具的正常磨损是相当困难的。例如，即使模具的设计合理、制造正确，符合所要求的加工精度，但在冲裁工作中，单是压力机的精度就有相当大的影响，这一因素对工件尺寸的影响有时甚至要比凸、凹模本身的磨损引起的变化还要多。因此在考虑正常磨损时，只能在排除外部因素影响的情况下进行。如采用精度较高的压力机，凸、凹模均采用优质的合金工具钢，并经过正确的热处理加工，把在这种情况下进行冲裁加工时的自然磨损称为正常磨损。在正常使用情况下，凸、凹模刃,口磨损过程如图9.2所示。模具刃口的磨损往往存在这样3个阶段：刚使用初期，磨损量增加较快，这时称为初期磨损，也称为第一次磨损。润滑与磨损有很大的关系，良好的润滑能有效地减少磨损，提高模具的使用寿命。 图9.2冲模刃口的磨损曲线对于初期磨损值非常大或尺寸公差要求高的工件，可在模具制造时就将刃口事先做成初期磨损状态，以便在使用时就能够在稳定磨损区域正常工作，也可以将初期磨损区域内加工的这部分工件报废，然后在稳定磨损区域进行正,常加工，以保证工件的尺寸要求。9.2.4冲裁条件对冲裁质量的影响在冲压生产中，冲裁质量受到多方面因素影响。冲裁条件包括了模具、压力机和工件本身的材料。（1）模具的影响合理的模具结构是保证冲裁质量的前提条件。在模具中凸、凹模应具有足够的强度、刚度和尺寸、形状精度。坯料在模具中要有可靠的定位，这样才能保证送料定位的准确性。模具的其他部分也应该满足不同的使用要求，这样才能够保证工件的质量。（2）压力机的影响模具通过压力机进行工作。压力机的优劣直接影响冲裁的质量。首先压力机的机身要具有足够的刚度，机身导轨的精度要求高，滑块运动平稳；其次压,力机能提供足够的冲裁力和合适的行程次数；此外压力机还应操作灵活，安全可靠。（3）工件的材料工件所选择的材料应具有良好的冲压性能，即有高的伸长率、高的屈强比和合适的硬度。有了良好的材料，才能保证高的冲裁质量。9.2.5解决和提高冲裁件产品质量的工艺措施和方法（1）冲裁件质量问题的分析及解决措施关于冲裁件质量问题的分析及解决措施如表9.1所示。,（2）提高冲裁件质量和精度的工艺方法提高冲裁件质量的常见几种冲压工艺方法如表9.2所示。,9.3弯曲件质量分析及提高弯曲件质量的措施9.3.1弯曲件形状与精度弯曲件形状与精度受多种因素的影响，其中主要因素有以下6个方面：（1）模具对弯曲件形状与精度的影响,弯曲模具是弯曲工件的工具，通常弯曲工件的形状和尺寸取决于模具工作部分的尺寸精度。模具制造精度越高，弯曲件的形状尺寸精度就越高。另外，模具结构中采用的压料装置和定位装置的可靠性，对弯曲件的形状与尺寸精度也会有较大的影响。（2）材料对弯曲件形状与精度的影响弯曲件所采用的材料不同也会影响弯曲件的形状与精度。这主要有两方面的原因：一方面是材料的力学性能、成分分布不均，则对于同一板料所弯曲的工件，由于压力及回弹值不同，而使形状和尺寸精度产生偏差；另一方面，材料的厚度不均，也会使弯曲的工件在尺寸与形状上有所差异。（3）弯曲工艺顺序对弯曲件形状与精度的影响当弯曲工件的工序增多时，由各工序的偏差所引起的累积误差也会增大。此,外，工序前后安排顺序不同，也会对精度有很大影响。例如，对于有孔的弯曲件，当先弯曲后冲孔时，孔的形状和位置精度比先冲孔后弯曲时要高得多（4）工艺操作对弯曲件形状与精度的影响模具的安装、调整以及生产操作的熟练程度都会对弯曲件的形状和精度产生一定的影响。例如，送料时的准确性，坯料定位的可靠性，都会对弯曲件形状及精度产生影响。（5）压力机对弯曲件形状与精度的影响在弯曲时，由于压力机型号不同、吨位大小不同、工作速度不同等，都会使弯曲件尺寸发生变化。此外压力机本身的精度也会对弯曲件的形状和精度产生一定的影响。（6）弯曲件本身对形状与精度的影响弯曲件形状不对称，或者其外形尺寸较大都会在弯曲过程中产生较大的偏差,根据以上的主要原因，在实际生产中加以预防和修正，就能够生产出具有较高精度的弯曲件。9.3.2弯曲件的翘曲与扭曲弯曲时的翘曲是指被弯曲件在垂直于加工方向产生的挠度；而扭曲则往往是在翘曲的基础上发生的扭转变形。为了尽可能消除翘曲和扭曲现象，应注意以下4个方面：（1）弯曲件材质均匀弯曲件材料的成分、组织、力学性能等如果不均匀，则在弯曲变形过程中由于材料内部的滑移情况不同，就容易产生翘曲和扭曲。（2）板料纤维方向应与弯曲方向有合理夹角通常应尽可能使弯曲方向垂直于板料纤维方向。但如果必须在两个方向上同时进行弯曲时，则应采取斜排样，使弯曲方向与板材纤维方向成一定夹角。,（3）弯曲板料的平整度如果弯曲所用的板料不平整，则会产生严重的翘曲和扭曲现象。因此在此种情况下，应在弯曲加工前采用校平机或退火来改善板料的平整度。（4）弯曲件形状的合理性如图9.3所示的弯曲件，弯曲后内应力不均匀，会使切口部位向左右张开，结果使弯曲部位产生翘曲，如图9.3a所示。为了防止这类情况发生，可采用如图9.3（b）所示工艺，在工件落料时切口暂不切开，弯曲后再切掉连接部位。此外，对于横向尺寸较大的弯曲件，在模具内弯曲时，由于模具的刚性不好，也会产生翘曲、扭曲。因此，必须保证模具要有较高的刚性。总之，对于弯曲加工来说，尽管已经采取了必要的措施，但不同程度的翘曲,图9.3弯曲件形状的合理性或扭曲还会发生。如果工件要求的几何形状精度较高，则在弯曲后采用校正的方法加以修正。9.3.3弯曲件的表面质量许多弯曲件是作为外观件使用的，如面板、外壳等。这就需要弯曲件有较高的表面质量，防止擦伤、裂痕等缺欠的发生，为此要注意以下两个方面：（1）材料,在进行弯曲加工时，应注意材料的性质。特别是对于铜、铝等软性材料进行连续生产时，由于某些脱落的金属微粒会附在模具工作部位的表面上，致使工件出现较大的擦伤，这时必须及时用压缩空气或油清理，以保证清洁、良好的工作条件。此外，应尽量减少裂痕产生的可能性，要注意弯曲线与板料纤维的方向性；以防止冲裁毛刺引起的裂痕。有些弯曲件在弯曲时，底部将不可避免地产生裂纹，可采用在弯曲部位加防裂切口的方法，这样可有效地防止裂纹出现。（2）模具弯曲模的凸模和凹模材料应具有高的硬度、韧性和耐磨性。这些材料的淬火硬度可达60HRC以上。淬火后，应对凸、凹模的工作表面进行高质量的抛光，以保证弯曲时不擦伤弯曲件的表面。在模具的因素中，对弯曲件擦伤影响最大的原因是凹模的圆角半径。凹模圆,角半径决定了板料能否光滑地过渡进入凹模，若圆角半径过小，则弯曲部位会出现擦伤痕迹。因此凹模圆角半径不应小于3 mm。必要时，还可将模具的过渡部分制成便于弯曲件向凹模内滑入的几何形状。此外，凸、凹模间隙过小时，也会产生变薄擦伤，因此要选择合理的间隙值9.3.4弯曲模的磨损与寿命在大批量的弯曲件生产中，由于模具的磨损引起的产品质量问题，是实际生产中经常遇到的，为解决这个问题，应注意以下3个方面。（1）弯曲件的材料、厚度及形状对于加工精度要求高的工件，其所用材料的加工性必须良好。如果材料的加工硬化情况严重、热传导性不好，在弯曲过程中黏附模具工作表面等，都会导致模具产生严重的磨损，甚至损坏。板料厚度对弯曲件尺寸精度有很大影响。对于精度要求较高的弯曲件，最好,使用误差小、厚度均匀一致的材料进行加工。特别是34 mm以上厚度的弯曲件，弯曲时模具的工作压力较大，易于磨损。弯曲件的形状也会引起模具各部位的不均匀磨损。此外弯曲毛坯上的冲裁毛刺等缺陷会加速模具的磨损。因此在生产中必须注意。（2）模具结构及材料为了提高模具工作部分承受磨损的能力，应选择合适的模具材料。模具材料应具有必要的硬度、强度和耐磨性，机械加工性能好，易于热处理，并且在热处理中的变形小。在模具结构上，对于凸模、凹模等易磨损件，在磨损后应能方便地调整、更换，以延长模具的使用寿命。（3）润滑条件采用适当的润滑方法，可以有效地改善模具的工作条件，对减少磨损非常有,利。例如，将润滑油涂在模具和毛坯表面，形成润滑油膜。弯曲时，模具与毛坯表面不直接接触，从而避免了金属之间的干摩擦，减少了模具的磨损，提高了模具的使用寿命。常用的润滑油为全损耗系统用油（见GB 4431998）、锭子油等矿物性润滑油。9.3.5弯曲件质量分析及解决措施在实际生产中，弯曲件出现的质量问题有回弹、弯裂和偏移等，其提高弯曲件质量的措施和方法参见第5章内容。弯曲生产上如果出现了废品，应及时找出产生废品的原因，并采取相应措施加以消除。常见的弯曲生产中废品类型、产生原因及消除方法如表9.3所示。,9.4拉深件质量分析及提高拉深件质量的措施9.4.1拉深件质量分类拉深件的质量问题有两类情况：在试模或生产过程中出现的，因模具设计制造或操作管理不当而产生的缺陷如表9.4所示。出现这类问题时，首先应分析其具体原因。然后针对具体缺陷及具体原因，及时采取相应措施与对策，一般能获得解决。,板料拉深变形的根本特征所致，不能简单地从模具调整或注意操作方面轻而易举地得到解决。例如，表现在成形极限、凸耳、弹复及时效开裂等。这些特征质量问题，有的要正确地认识、合理地设计，有的可巧妙地利用、科学地控制；有的须采取后续的工序加以消除。9.4.2改善拉深件产品质量的工艺措施和方法在拉深过程中，拉深件的质量问题表现有起皱、拉裂、材料变薄、表面划痕,、形状歪扭及回弹等。在这些现象中，以起皱及拉裂对拉深件质量影响最大，发生的机会也最多。据统计，由于起皱及拉裂而产生的废品占拉深件总废品率的8090。本书第6章已详细地阐述了起皱和拉裂产生的原因和控制措施。本节给出提高拉深件产品质量的工艺措施和方法。普通中小型拉深件的废品种类、产生原因及预防方法如表9.5所示。大型覆盖件拉深时常见质量缺陷及其解决途径如表9.6所示。,