由于铝板料与钢板料特性不同，在实际冲压生产过程中存在显著差异，导致冲压生产设备运用、模具设计、模具调试技术等相比传统钢板料生产要求更为苛刻，本文通过对铝板料实际生产调试过程中常见的料屑控制问题进行方法阐述，提出有效的改进措施及解决方案，提高铝板料生产效率。

随着汽车行业节能减排及新能源的普及，汽车轻量化技术已进入飞速发展阶段，采用铝板料代替传统钢板料制造车身则是汽车减重的重要途径之一。铝板材料特性与钢板存在较大差异，因此需对传统钢板生产的模具工艺、结构设计和模具调试、冲压生产工艺等技术进行革新，本文将对铝件冲压模具在生产中料屑难以控制问题进行分析与处理，为后续模具生产调试提供参考。

钢、铝板料在冲压设备中的区别

开卷线

导向辊：钢板的开卷导向辊为钢辊，而铝板导向辊为橡胶辊；

矫直机：在开卷落料过程中的铝件生产与钢件生产所用矫直机相同，但是生产时必须分开使用，以防止钢屑硌伤铝料；

传送皮带：钢板料在传送皮带上依靠磁力传送，而铝板传送则依靠真空吸附。

拆垛装置

分层方式：钢板采用磁力分层(图1)，而铝板采用吹气分层(图2)。

图1 钢板磁力分层

图2 铝板吹气分层

零件传输：钢板采用磁力皮带传输，铝板采用真空皮带传输。

零件位置检测：铝板采用光电检测方式。

钢件生产前需要检查表面油膜的厚度，而铝件生产前需要检测表面干性润滑脂的厚度，铝板材料与钢板材料要完全分开生产，最好设有单独的铝件生产线。

板料传送

铝材是非常敏感的材料，与其他材料接触后极易发生腐蚀，铝板料在生产前需要对生产线与板料接触的部位(传送皮带、吸盘、传送小车、空工位等)进行彻底清擦，以避免铁屑与杂物残留至铝件表面。

钣金返修

铝料与钢料的废料处理系统要完全分开，打磨产生的铝粉屑要集中收集处理，且打磨车间需带通风，否则在空气中遇明火会爆炸。

铝件拉延模

由于铝板本身材料综合特性，其硬度和强度远低于钢板料，因此在生产成形过程中对拉延模具各项要求更加苛刻。为防止生产过程中拉毛，积屑瘤、拉伤、垫料屑等缺陷，对于拉延工序的凸、凹模采用电镀等方式进行表面处理，对压边圈则进行表面粗糙度降低。

铝件拉延模设计制造要求：

⑴拉延模R 的最小值为3 倍料厚，过小则会出现刮料；

⑵拉延模R 角数值必须与拉延模拟分析中的数值一致，不能因为产品等原因随意改变；

⑶拉延筋在过废料刀区域进行断开处理，避免产生立切，如图3 所示；

图3 拉延筋断开样图

⑷凸、凹模口最小R 值分别为R8mm 和R12mm；

⑸板料收料线一定控制在拉延筋以外约5mm 处停止；

⑹板料的流动尽量通过拉延筋来约束，压边圈不应该对制件有影响；

⑺注意避开二次成形，使制件一次冲压成形到位；

⑻材料的“走料防线”必须与“拉延防线”一致，拉延模的上下模间隙值为料厚t 加5%(t+5%)，过大或过小均易产生积屑瘤(图4)。

图4 积屑瘤样图

铝板在成形过程中回弹要大于钢板回弹。图5 为铝合金、软钢、高强度钢3 种材料应变曲线，在3 种板料塑性变形中，在相同应变情况下卸载后，残余应力释放，产生不同程度回弹，铝板料回弹量远大于钢板料。

图5 铝合金、软钢、高强度钢3 种材料应变曲线

因此，在铝件拉延模具工艺、结构设计初期，在满足形状、尺寸要求情况下，通过增设工艺补充、局部增加拉延筋等方式约束回弹，使板料在成形过程中更加充分，走料均衡，实现回弹补偿。

目前，新车型为增强外观视觉冲击力，外表面覆盖件的锐棱工艺设计逐渐增多，但铝板本身厚度要大于钢板(产品设计决定)，通常冲压铝板厚度大于1mm。而对于外表面件而言，冲压钢板厚度在0.7 ～0.8mm，铝板R 角处易发生拉裂现象，因此模具设计圆角较大(最小3 倍料厚)，成品件减薄最佳状态8%～18%，而且铝板的延伸率较差，易在此区域拉裂，所以铝件腰线无法做到与钢件类似效果的尖锐棱，分别见图6、图7，在产品设计时需重点关注。

图6 钢板发罩外板棱线示意图

图7 铝板发罩外板棱线示意图

铝件修边、冲孔模

修边、冲孔工序为铝件模具的调试难点所在，由于铝件硬度远低于钢件，修边铝板极其容易产生铝料屑，其重量低于钢料屑，在快速冲程生产过程中，易产生修边带料和型腔的负压吸附等现象，将铝料屑带入模具凸、凹模工作面，导致制件表面压痕、拉毛、坑包等缺陷，严重影响生产效率。常见料屑一般分以下四种：条状、片状、颗粒状、粉末状，分别见图8、图9、图10、图11。

图8 条状料屑

图9 片状料屑

图10 颗粒状料屑

图11 粉末状料屑

图12－2°研修工具

图13－2°验证靠尺

根据现场修边、冲孔模产生料屑情况，对产生位置及原因进行分析统计对比，结果见表1。

表1 分析结果

铝件修边、冲孔模生产调试要求：

⑴修边刃口和修边镶块需要淬火，硬度：(58-2)HRC。若修边镶块的热处理形式调整为涂层处理，在该件的明细表上需要标明为特殊热处理。

⑵下模修边镶块的刃口尽可能锋利。

⑶料厚在1.2mm以下的修边镶块不需要加靠背。

⑷修边刃口的合入深度约2 ～3mm。

⑸为了避免有先切现象，波浪刃口是不允许的。

⑹上模修边镶块的刃口需要做成－2°的负角。

⑺冲裁间隙必须准确无误，单边间隙为料厚的10%～12%。

⑻铝件模具的上下模刃口锋利性，其重要程度要比钢件模具大。

⑼压料板轮廓与修边线轮廓间隙的最大值为0.5mm，如图14 所示。部分车企要求0.4 ～0.8mm，通常设定为0.5mm。

图14 压料板与修边刀间隙

⑽废料滑道用网纹板，滑道的角度不小于30°，如图15 所示。

图15 废料滑道角度≥30°

⑾刃口涂层采用DLC 工艺，如图16 所示。

图16 刃口DLC 涂层处理

⑿废料刀形面必须与制件／拉延形状一致，下模的废料刀也必须一致。

⒀弹簧废料刀(上模)也必须与制件形状一致，防止倾斜，保证同时切割。

⒁上模镶块不能在切入之前使废料变形。

⒂铝件模具所有冲头必须有顶针，冲头合入深度2 ～3m。

同样是材料分离式工序，相比传统冲头的制造，铝件冲头的维护标准也存在差异，如图17 所示，直径大于6mm 冲头一般做-2°处理，减小刃口与材料接触面积。冲头直径小于6mm 冲头，刃口端面采用锥形端面设计，并且进行表面电镀，减小刃口摩擦，如图18 所示。铝板料冲头必须采用带顶针结构，合入深度约2 ～3mm，防止废料吸附粘贴。

图17－2°冲头样图

图18 锥形端面冲头样图

修边、冲孔模具除了对冲裁的间隙和刃口有要求外，为了减少生产过程中铝料屑对模具的影响，还需要保证在模具型腔内部与零件接触区域的R 角尽量大，避免接触区域由于模具R 角偏锐导致铝板料拉伤。对于修边、冲孔的压料板，在保证零件不变形的情况下尽量将压料板着色区域宽度减小，如图19 所示。同时使非功能区做空开处理，降低成形过程中出现料屑垫问题的概率。

图19 修边压料着色样图

在模具本身基础以外，可通过一些辅助手段进一步降低料屑对模具的影响，如图20 所示，利用机械臂在抓取工序件过程时，通过辅具抓件机械手加装吹气装置，利用压缩空气进行强压喷气，将料屑吹进废料滑道，防止料屑进入模具型腔或带入下一工序，也能有效控制料屑造成停台。

图20 吹气装置安装样图

翻边、整形模具

翻边、整形模具为最终成形工序，存在对铝板料形状和尺寸进行的再次约束，在设计与调试过程中，与拉延工序设计一样需一次成形到位，避免二次成形。

对于翻边压料板，为同时保证翻边质量和减少料屑缺陷，如图21 所示，着色宽度应在20 ～25mm，尽量避免翻边压料板的压料区域过宽，减少模具与铝件接触面积，同时与修边冲孔工序模具一样，非功能区域做空开处理。

图21 翻边压料板着色宽度样图

铝件翻边、整形模具生产调试要求：

⑴保证板料的最小弯曲半径是料厚的1.5 倍；

⑵如果翻边时出现波浪，在征得工艺和制造部门的同意后，有必要在翻边时采用压料板压料，或夹料翻边，如图22 所示；

图22 采用夹料翻边结构

⑶只有当翻边或者最终成形时有必要考虑回弹，根据翻边的半径和形状，回弹角可能大于通常的3°(4 ～5°)；

⑷在成形和翻边区域，凸凹模的间隙必须是正常尺寸＋5%(料厚＋5%)；

⑸避免二次成形，形状应该一次成形到位；

⑹成形和剪切类镶块必须100%的按照工作方向抛光、推顺；

⑺翻边镶块在尺寸允许的范围内(回转直径＜900mm，高度＜1200mm)，需要对其进行PVD 涂层处理，以提高翻边镶块的表面强度和耐磨性。

结束语

汽车行业铝件逐渐代替钢件已是必然趋势，在将来也许随着技术的不断成熟，包括铝板各方面机械、力学等性能提升，会不断减少对冲压模具的影响，但目前阶段掌握好现有铝板料模具调试技术及经验是非常有必要的。本文对铝件从落料到成品各个阶段及工序可能遇见的冲压铝料屑控制问题进行阐述，为后续项目铝件模具的生产调试提供一定程度参考。