汽車覆蓋件沖壓作業(yè)是整車制造四大工藝之一因苹，是車身制造中的首要環(huán)節(jié)荸刁，沖壓件質(zhì)量水平奠定了車身質(zhì)量的基礎(chǔ)涝睁。車身覆蓋件冷沖模表面激光處理辙势，能有效提高模具表面硬度蘸概、細化晶粒乡优，從而提高表面抗咬合、抗粘結(jié)能力悄济。激光處理不僅可降低模具維修頻次秫辨，減輕勞動強度，延長模具壽命摄杂，而且能顯著提高沖壓件質(zhì)量

　　在正常沖壓作業(yè)環(huán)境下坝咐，車身覆蓋件模具的主要失效形式是：模具表面粘結(jié)形成積瘤，劃傷沖壓件表面析恢，頻繁打磨喪失型面精度墨坚。在汽車

　　在正常沖壓作業(yè)環(huán)境下，車身覆蓋件模具的主要失效形式是：模具表面粘結(jié)形成積瘤映挂，劃傷沖壓件表面泽篮，頻繁打磨喪失型面精度。在汽車的使用過程中柑船，車身銹蝕先從拉毛劃痕開始帽撑，尤其對一些骨架件或加強板件而言，劃痕處的應(yīng)力集中是導(dǎo)致破裂的主要原因之一鞍时。為了提高覆蓋件質(zhì)量亏拉，維修鉗工不得不研磨模具表面除去積瘤，并且需拋光產(chǎn)品表面劃痕寸癌。而頻繁拋光打磨专筷，既破壞了最初的模具形面弱贼，又降低了生產(chǎn)效率兰捣，最終導(dǎo)致沖壓件精度降低，模具過早失效卓胶。

　　拉延工序件產(chǎn)生拉毛的主要因素

　　車身覆蓋件質(zhì)量主要取決于拉延工序質(zhì)量赞亡，拉延工序件缺陷形式主要有起皺、破裂鄙划、棱線滑移生纫、吸頸和拉毛等。前四種可以在沖壓工藝方案確定階段及模具精調(diào)階段改善或優(yōu)化药锯，最后一種缺陷伴隨著模具應(yīng)用的全過程都陵，只要是沖壓件都存在不同程度的表面拉毛缺陷。更有甚者怒随，拉毛轉(zhuǎn)化成犁溝造轴，深約為材料厚度的1/3。無論如何彰你，僅靠鉗工拋光模具表面胀邀，不能解決拉毛缺陷雪怠。一般拋光一次僅維持沖壓40～50件，又產(chǎn)生拉毛戚嗅。本文探討對象是拉毛缺陷產(chǎn)生機理雨涛、危害及其改善途徑。

　　模具作用于鋼板表面夠成一對摩擦副懦胞，摩擦副之間的硬質(zhì)顆粒也會造成拉延工序件產(chǎn)生拉毛缺陷替久，同時損傷模具表面。這些顆粒來自鋼板表面躏尉、臟污的模具表面及工作環(huán)境等侣肄。這種缺陷，只能依靠清潔環(huán)境醇份、清洗板料和模具表面才能改善或消除稼锅。外來硬質(zhì)顆粒不在本文分析范圍。

　　1. 拉延模表面粘結(jié)瘤的生成

　　車身覆蓋件拉延時板坯滑過模具表面僚纷，在力和摩擦作用下矩距，模具表面和金屬板料表面的吸附層和油膜被破壞，剛開始是表面的高點油膜先失去怖竭，吸附層破壞锥债，產(chǎn)生原子級接觸而出現(xiàn)冷焊現(xiàn)象。模具表面和板料表面的金屬離子相互吸附茁螺、擴散钧鸥，由于板料軋制和模具鑄造或加工等產(chǎn)生晶粒缺陷，兩種潔凈表面金屬離子吸附力大于有缺陷的原子鍵或正常原子鍵烦猾，板料晶粒被剝離膏莽、粘結(jié)在模具表面上，隨著拉延繼續(xù)深入卤舆，板料連續(xù)滑過模具表面体六，這些先粘附高點更易擠壓破壞板料表面油膜而吸附、擴散和剝離板料表面挥肤，發(fā)生再次粘結(jié)挥桑。多次拉延，造成粘結(jié)點增生形成“積瘤”理秃。

　　“積瘤”的每層金屬晶粒都經(jīng)過了晶粒破碎和位錯變化达玉，金屬塑性變形抗力增大，其硬度和強度顯著升高柴伪，塑性和韌性下降蹲居，即產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象“鞍“積瘤”具有比板坯材料更高的硬度鹃觉，可達到板料硬度的2～3.5倍专酗。拉延不斷進行，長高的積瘤像一把鏟刀盗扇，鏟去滑過積瘤處的板料金屬祷肯，產(chǎn)生劃傷鱗刺和犁溝損傷。如圖1所示疗隶，積瘤使沖壓件表面產(chǎn)生的拉毛劃傷佑笋。

　　卡車前保險杠拉延工序如圖2示所，板料厚1.2mm斑鼻，模具材料為低合金鑄鐵蒋纬，模具凸、凹模分界線隨產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分型坚弱。因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)深蜀备，材料流動阻力大，無論怎樣補充壓邊面荒叶，修邊時拉毛部位不能全部修凈晾晕。產(chǎn)品拉延輪廓外表面輕者劃傷，重者出現(xiàn)犁溝和鱗刺現(xiàn)象钻字；這時窃等，仔細觀察模具表面，有粘結(jié)斑痕哈痘，拋光模具表面淀准，再拉延幾乎無改善。造成上述現(xiàn)象的原因是鼎派，產(chǎn)品拉延深烁讨，拉延流動阻力較大；拉延時摩擦發(fā)熱幻役，模具和板料間咬合贬屹、粘結(jié)在模具表面而產(chǎn)生積瘤。模具尚未淬火表面硬度為基體硬度伦秀，一般為HB200～280，與板料的硬度很接近癌炒，極易產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象泞当，模具硬度越低粘結(jié)趨勢增大，而且為雙向互粘結(jié)民珍，即此時模具表面和板料表面剝離幾率相等襟士。經(jīng)過不同熱處理，模具表面硬度提高嚷量，增強了模具表面抗粘結(jié)能力陋桂。

　　綜上所述逆趣，凡是硬度相差小的同類金屬，兩種界面晶粒之間很容易發(fā)生原子擴散嗜历，形成金屬鍵而產(chǎn)生粘結(jié)剝離宣渗。

　　2. 覆蓋件拉延表面拉毛的主要危害

　　（1）拉毛增大拉延阻力梨州。沖壓作業(yè)時痕囱，拉延件表面拉毛增加了壓邊面進料阻力，要么頻繁調(diào)整設(shè)備壓力以維持最佳壓力條件穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量暴匠，要么產(chǎn)品棱線及危險段面產(chǎn)生吸頸和破裂的概率增加數(shù)倍鞍恢。

　　（2）拉毛刻痕易產(chǎn)生應(yīng)力集中每窖。覆蓋件表面拉毛易產(chǎn)生應(yīng)力集中溶隅，導(dǎo)致覆蓋件首先從劃傷處出現(xiàn)裂紋，致使車身早期損壞菊蹬。

　“捉小（3）拉毛刻痕易產(chǎn)生涂飾缺陷。拉毛刻痕在涂飾時排憨，易出現(xiàn)細微排氣不暢队装，導(dǎo)致漆膜與金屬面間有氣隙，因震動或碰撞翻粘，氣隙處漆膜破裂而進氣烟焊、進水，生銹由此先生潘羡。

　「粼臁（4）增加人工修件工時。車身覆蓋件因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點坎隶，許多產(chǎn)品表面拉毛必然留在產(chǎn)品上刃勤。手工拋光打磨，會產(chǎn)生工時浪費刮吧。如保險杠制品周邊拉毛修復(fù)湖饱，每人每天8h作業(yè)，僅可修復(fù)約50件杀捻。

　【帷（5）大型壓機臺時浪費。沖壓作業(yè)每拉延40～50件致讥，需停機拋光模具表面仅仆，每拋一次約10～15min。

　　車身覆蓋件模具的表面激光處理

　　激光表面淬火工藝，是解決保險杠拉延模粘結(jié)積瘤缺陷的有效途徑之一墓拜。與常規(guī)火焰淬火相比港柜，激光處理能進一步提高模具表面硬度，增強表面抗粘結(jié)能力咳榜。

　　激光表面強化技術(shù)目前主要的應(yīng)用方式有兩種：一是模具表面激光淬火硬化夏醉，二是模具表面局部損傷部位的激光熔焊修復(fù)。該技術(shù)適用于絕大部分汽車?yán)幽＞呋哐埽冗m用于新制模具授舟，又適用于在役模具。模具材料包括各類灰鑄鐵冈哮、鉻鉬合金鑄鐵及空冷鋼络灾，對于反復(fù)補焊過或火焰淬火模具亦有顯著改善效果。

　　1. 激光處理原理

　　激光相變硬化是以高能量（104～105Ｗ/cm2）的光束快速掃描工件啃嫂，使被照射的金屬表面以極快速度升到高于相變點而低于熔化溫度（升溫速度可達105～106℃/s）蜕芭。當(dāng)激光束離開被照射部位時，由于熱傳導(dǎo)的作用吻唐，處于冷態(tài)的基體使其迅速冷卻而進行自冷淬火乳的，（冷卻速度可達105℃/s），進而實現(xiàn)工件的表面相變硬化武瘟。這一過程是在快速加熱和快速冷卻下完成的硼环，所以得到超細晶粒度的硬化層組織，顯微組織為極細的板條馬氏體和孿晶馬氏體茴典，硬度明顯高于常規(guī)熱處理硬度狰宗。

　　CrMo鑄鐵經(jīng)激光強化處理后的硬度分布情況。由圖可見消院，激光表面處理硬度可達HV800以上甘沾，表面硬度值比常規(guī)熱處理工藝可提高20%以上，耐磨性提高5～10倍穴店。拉延作用時撕捍，摩擦副硬度差增大，表面抗吸附泣洞、粘接能力顯著增強忧风。

　　2. 激光相變硬化組織

　　CrMo鑄鐵經(jīng)激光相變硬化處理后的金相組織。由圖可見斜棚，CrMo鑄鐵強化組織由兩層組成阀蒂，第一層（a圖下邊緣約20mm區(qū)域）為不易侵蝕的白亮層，它具有比原來高得多的顯微硬度弟蚀，用超聲波硬度計檢測為59～63HRC。第二層為過渡層酗失，它是高顯微硬度層到原始組織的過渡區(qū)义钉。

　　激光相變硬化后的顯微組織明顯細化昧绣，為極細的位錯馬氏體和孿晶馬氏體組織，板條馬氏體位錯密度極高捶闸，且含有較多的殘余奧氏體夜畴。隨著晶粒細化，晶界數(shù)目增多蚌长，疲勞裂紋擴展受到阻礙的惕，同時晶粒細化，碳化物彌散分布绵顷，使得在交變應(yīng)力下不均勻滑移程度減小补屎，推遲了疲勞裂紋核心的產(chǎn)生；而位于馬氏體板條間的殘余奧氏體是一種韌性相螺蜻，當(dāng)擴展中的裂紋遇到韌性相時臣搏，擴展受阻，延遲了裂紋的形核及擴展速率剪酵；而且激光相變硬化表面可產(chǎn)生數(shù)百兆帕的殘余壓應(yīng)力陨否，提高了材料疲勞強度。因此药呜，激光相變硬化可有效解決模具的磨損失效和疲勞失效以及局部塑性變形等問題殃通，延長模具使用壽命。

　　模具激光表面強化優(yōu)點访僚，不僅在于能改善模具工作面的性能昔搂，還可以保持基體材料性能不變。更重要的是其硬化層硬度均勻引润、層深巩趁；強化部位機械性能參數(shù)可以較準(zhǔn)確地控制，對于一些傳統(tǒng)工藝難以處理部位淳附，也比較容易實現(xiàn)议慰。

　　3. 激光處理模具使用情況

　　保險杠模具經(jīng)過激光處理，表面硬度58～62HRC奴曙，厚度0.5～1.2mm别凹，已累計沖壓29000件。2009年6月洽糟，最多一個批次排產(chǎn)1 300件炉菲，這期間無需人工拋光模具，沖壓件表面無拉毛缺陷坤溃。圖5所示為保險杠凹模拍霜，圖6所示為已沖壓近3萬件的保險杠拉延表面效果。

　　該種車型以每年8 000臺計算，拋修頻率平均50件一次祠饺，每次10min腔益，停機拋修模具工時為26.7h，大型壓機綜合臺時費為1 200元络峦，年節(jié)約設(shè)備臺時費32 000元舰打，無需拋光制品，節(jié)約的人工修件費尚未計算蒋巡。

　　模具表面處理工藝取得了十分顯著的效果凫荡，緊接著我們又分期、分批處理了卡車側(cè)外板肚苇、門內(nèi)板模具功抠，商用車側(cè)圍、前圍及背門外板模具性躬。

　　激光處理工藝也可運用到已經(jīng)調(diào)試定型汛滩，尚未做任何表面處理的模具。諸如俱挨，引進的德國寶馬新五系轎車側(cè)圍外板函绊、門內(nèi)板、后行李箱蓋和發(fā)罩外板等模具漓拾。德國模具擁有一個特點阁最，交付使用模具表面未作任何熱處理即投入小批量生產(chǎn)。大型覆蓋件拉延模表面火焰淬火骇两，溫度場效應(yīng)大速种，易產(chǎn)生型面局部隆起變形，轎車模具不宜采用低千。在中國沈陽配阵，寶馬公司德方專家首次采用激光表面處理工藝，一貫小心謹慎的德國專家先在轎車后側(cè)圍內(nèi)板做激光處理試驗示血，試驗參數(shù)經(jīng)過調(diào)整優(yōu)化棋傍，表面硬度均達到德國標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)激光處理后硬度由HRC20左右提高到HRC55以上难审。目前瘫拣，寶馬轎車模具已正常使用兩年以上，拉延件表面未見異常告喊。

　　激光處理模具的維護和保養(yǎng)

　　車身覆蓋件拉延模激光處理后麸拄，在正常的潤滑條件下經(jīng)過數(shù)千次沖壓，凡處理過的表面（如凹墓呱鳎口R颤皆、拉延筋）會產(chǎn)生鏡面效果酬苇。這主要是表面抵抗粘接能力增強，板料表面幾乎不可能粘接在模具表面磺伍，越用越亮疯食。而未處理前恰日，表面易產(chǎn)生粘結(jié)或缘，無論怎樣拋光模具表面并強化潤滑幾乎不可改善。

　　與任何設(shè)備及模具工裝一樣姐淫，再先進的處理工藝也不可能一勞永逸般迈，表面激光處理模具也需要精心維護、悉心保養(yǎng)匠泵，適時地研磨拋光技巧恋赎，正確地維護保養(yǎng)方法。優(yōu)良的沖壓作業(yè)環(huán)境了酌，能延長模具壽命疾浓、穩(wěn)定沖壓件質(zhì)量。

　　模具材質(zhì)的差異对嚼，其所作用的制品材質(zhì)和厚度不同夹抗，所要求的激光硬化層厚度也不同。鋼板厚度為1.5mm以下纵竖，材質(zhì)為ST12-ST16漠烧，拉延模材料宜用低合金鑄鐵或球墨鑄鐵，表面處理厚度一般為0.5～0.7mm靡砌，表面硬度為58～62HRC已脓。

　　1. 模具表面清潔

　　每沖壓1500～2500件，用專用的清洗液沖洗模具工作表面通殃，除凈油污度液、鐵屑和砂粒等異物，用壓縮空氣吹干画舌。

　　2. 拋光模具表面

　　激光處理表面經(jīng)過1500～2500次拉延作業(yè)堕担，表面會發(fā)現(xiàn)輕微粘結(jié)點，產(chǎn)品表面有細劃痕骗炉，作業(yè)完成后照宝，用超細油石（800～1200目）輕推這些有手感的粘結(jié)點，直到手感光滑不發(fā)澀為止榛覆，油石拋光時最好沿走料方向反復(fù)推巫顽，切忌用粗油石或砂磚、砂輪拋打跃等，否則會破壞周圍正常的光潔表面菲痹。

　　這些細小的粘結(jié)點或粘結(jié)線湘秀，實質(zhì)不是上述真正意義的冷焊粘結(jié)現(xiàn)象，鑄件精加工后有細微的凹坑编毒，坑的邊緣像一把刀刃军含，材料在模具曲面變形區(qū)受擠壓擠入凹坑，流動時微孔口邊緣鏟下一層歹簸，再沖壓再鏟一層孩砸，直至填滿微孔，凸出微孔口緣搬洪，狀如積瘤贸掰，大到一定程度被板料帶走，因此這些小凸點不會有過大的燃拥，所產(chǎn)生的劃傷約為0.02～0.04mm审胚。

　　3. 鋼板表面清潔

　　從鋼板開卷下料到?jīng)_壓作業(yè)現(xiàn)場，要優(yōu)化物流環(huán)境礼旅，每天擦洗地板膳叨，防止灰塵污染；板料使用的器具痘系、托盤等定期清洗菲嘴；存放板料垛用專用防塵罩覆蓋、遮蔽碎浇，轉(zhuǎn)運料垛用塑膜包封临谱。

　　4. 沖壓潤滑

　　適當(dāng)潤滑是必要的，尤其是人工送取件沖壓線奴璃，沖壓潤滑取決于沖壓件結(jié)構(gòu)悉默、材質(zhì)、壓機速度及板料清潔程度苟穆。自動沖壓線用板料經(jīng)過沖洗涂油則另當(dāng)別論抄课。

　　硬質(zhì)顆粒一旦劃傷模具，再好的潤滑油膜也不能阻擋拉毛雳旅。模具表面激光處理能減輕潤滑頻次跟磨，同等潤滑條件，產(chǎn)品表面無需拋光忱痴。

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