周财丽1 单利剑2 肖宏3
北方华安工业集团有限公司 黑龙江齐齐哈尔161046
摘要：冲压加工是高强钢零件的重要加工方法，然而，在冲压加工过程中，冲压加工成的零件会形成质量缺陷。基于此，本文重点论述了高强钢冲压成形的缺陷与质量控制措施。
关键词：高强钢；冲压缺陷；质量控制
冲压属于材料成型工程技术，其加工方法是将高强钢在冲压模具中通过常规或专用的冲压设备的力使其形变，从而制成人们所需要的各种零件。采用冲压方法加工的零件轻、薄、匀、强，可提高高强钢的刚性。冲压加工法虽然效率高、成本低，优于锻造法和铸造法，但对高强钢有很高的要求。高强钢的厚度必须准确均匀，形状规则，延展性良好，表面必须光滑整洁。在高强钢的冲压加工中，很容易形成缺陷。因此，本文提出的高强钢冲压成形缺陷及质量控制措施具有重要的现实意义。
一、高强钢分类
屈服强度在1370MPa(140 kgf/mm2)以上，抗拉强度在1620 MPa(165 kgf/mm2)以上的合金钢称高强度钢。
1、无间隙原子高强钢(IF)。IF钢主要是在超低碳钢中通过添加微量合金元素和固定间隙原子以改善材料的塑性应变比和应变指数比，这种钢既具有较高的强度，又具有非常好的塑性，通常用于外板件和难成形的结构件。
2、烘烤硬化钢(BH)。BH钢是通过在钢中保留一定量的固溶碳、氢原子，在加工成形后通过烘烤硬化利用加速时效原理使间隙原子钉扎错位，来提高成形零件强度和钢板抗凹性，主要应用于外覆盖件。
3、各向同性钢(IS)。IS钢主要是对低碳高强钢进行微Ti处理或采用固溶强化方式从而达到控制各方向塑性应变值的目的，其主要组织为铁素体，主要应用于汽车外板或复杂结构件。
4、双相钢(DP)。DP钢是由低碳低合金高强度钢经临界区处理和快速冷却获得，其主要组织为铁素体+马氏体，与传统高强钢相比，双相钢具有高加工硬化率、高抗拉强度、低屈强比、高延伸率、高吸能性等特点，主要应用于汽车安全件和结构件。
5、相变诱导塑性钢(TRIP)。TRIP钢在成形中残余的奥氏体会逐渐转变为更硬的马氏体，有利于均匀变形，实现了强度和塑性较好的统一，较好地解决了强度和塑性矛盾。其组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体，具有高碰撞吸能性、高强度塑性等特点，主要应用于汽车安全件和结构件。
6、热成形钢(HF)。将Mn和B含量高的钢板加热到奥氏体化，然后快速转移到水冷模具内进行冲压淬火得到抗拉强度达到1400MPa以上的制件，其组织主要为马氏体，主要应用于加强件和安全件。
二、冲压成型概述
冲压成型是指靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的加工成型方法。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分经冲压制成成品。
三、高强钢冲压成形缺陷
1、破裂。冲压加工的高强钢会形成破裂缺陷，在加工中，高强钢的厚度要求比正常加工厚度降低4%～20%，一旦高强钢的厚度远低于正常加工厚度，不仅会削弱生成零件的刚度，而且在更严重的情况下还会导致高强钢破裂和报废。因此，破裂是高强钢冲压成形中严重的质量问题之一。根据破裂程度的不同，其可分为微观与宏观两种情况。
微观破裂是一种肉眼看不见或只能隐约看见但看不清的裂纹与裂缝，需用一些特定工具查看缺陷位置；虽然微观破裂不会直接导致加工好的零件报废，但实际上，微观破裂部分已失去了原有的功能，缩短了其使用寿命。宏观破裂是指肉眼可见的裂痕和断裂，这种明显的冲压成形缺陷已导致高强钢加工的零部件无法使用，属于报废品。破裂通常发生在深冲工艺中小半径区域、凸模圆角处、侧壁中心和材料通过拉延筋进入凹模导致流动受阻的区域。
2、起皱。高强钢在冲压加工时会产生起皱缺陷，它是一种典型的质量缺陷，直接影响产品的美观，对一些要求零件表面光滑整洁是非常严重的问题，这将导致零件的直接报废。零件一旦还有加工程序，就不能进行二次加工，从而给生产带来很大损失。高强钢在冲压加工成形中产生的起皱缺陷是由于局部压力过大，导致高强钢在厚度方向上失去稳定性和平衡能力。起皱有两种：材料堆积起皱及失稳起皱。材料堆积起皱是由于在冲压加工中有过多的高强钢进入冲压模具，造成高强钢堆积，从而引起材料堆积性起皱。而失稳起皱是由于高强钢在冲压加工中失去了保持稳定平衡的能力引起的失稳起皱。
3、毛刺。高强钢在冲压加工时会产生毛刺缺陷，它是冲压加工中常见的缺陷，通常，毛刺缺陷一般需控制在0.1mm以内。但毛刺缺陷对有精度要求的零件影响很大，会导致零件焊接装配不良，第二道工序无法进行，产品质量及美观不达标等问题。毛刺通常出现在高强钢切口和冲压模具面位置，制成不同的零件，毛刺的方向也不同，例如冲孔零件冲压成形的毛刺产生在冲压模具凹模一面，落料零件冲压成形的毛刺产生在冲压模具凸模的一面，主要是因高强钢质地太软，在冲压加工中被拉断，冲压形成的毛刺会在断口处产生。
四、冲压成形缺陷的质量控制措施
1、破裂缺陷质量控制措施。破裂的原因是高强钢的薄厚不均匀，采用冲压法加工高强钢时，当高强钢最薄处的厚度低于标准厚度的最小值时，加工中超过了高强钢最薄处的拉伸极限值，导致用高强钢加工的零件出现破裂缺陷。因此，应根据被加工零件的形状选择尺寸和形状相同的高强钢，并了解其参数；在加工过程中，调整加工中产生的流动阻力，在不影响加工件的情况下，在高强钢易破裂区附近冲切工艺切口，使易破裂区由相邻区补充；虽然拉延筋参数可防止凸缘部位产生褶皱，但也增加了高强钢进入冲压模具的流动阻力。因而，有必要通过调整拉延筋参数来降低高强钢进入冲压模具的流动阻力；在冲压加工中，高强钢会使用润滑剂，以避免干燥问题，但在加工使用中可能会出现润滑剂使用不当的情况，所以应规定润滑剂的使用时间与区域，以避免高强钢冲压成形的破裂缺陷。
2、起皱缺陷的质量控制措施。高强钢在冲压加工中产生的起皱缺陷是由于高强钢的堆积起皱及其丧失保持稳定平衡的能力，因此，可增加高强钢进入冲压模具的流动阻力，防止高强钢过多进入冲压模具，也可采用缓蚀剂酸洗液清洗高强钢冲压加工件起皱部位，消除多余材料；通过改变高强钢的内力状态，调整高强钢流动方向，使高强钢具有保持稳定平衡的能力，从而避免高强钢冲压成形的起皱缺陷。
3、毛刺缺陷的质量控制措施。冲压加工中产生的毛刺缺陷是由于高强钢质地过软、冲压模具刀块的使用方法与质量问题，以及冲压模具间的间隙等造成的。在制作所需零件过程中，必须先对高强钢塑型，经弹性、塑性变形后，高强钢质地过软，导致高强钢在冲压加工中断裂，并在断口处形成毛刺缺陷，造成这部分材料的损毁。因此，有必要根据加工零件选择合适参数的高强钢，考虑弹性、塑性变形对高强钢质地的影响，控制弹性、塑性形变作用力。冲压模具刀块使用方法、质量问题及冲压模具间的间隙都是由于使用方法不当造成的。用冲压模具刀块加工高强钢的不同面需要不同的安装方法。在加工过程中，需要对冲压模具刀块积蓄的热量进行冷处理。冲压模具刀块刃口经长时间使用出现磨损，需及时更换刀块。加工前，必须随时检查冲压模具，凹模与凸模在冲压模具中的位置是否正确，用模具切割时上下裂纹是否重合，只有上下裂纹重合时，冲压模具加工过程中才不会产生毛刺。
综上所述，冲压加工高强钢零件是目前最重要的加工方法，但在冲压加工中，会形成各种缺陷，影响零件的二次加工，产生质量、安全问题，影响产品的美观度，甚至导致生产出报废品，从而浪费时间及生产力。因此，研究分析高强钢冲压成形的缺陷与质量控制措施具有重要意义。
参考文献：
[1]刘志祥.常见冲压零件缺陷及处理方法分析[J].南方农机,2020(02).
[2]游剑文.高强钢冲压成形的缺陷分析与质量控制措施[J].中国金属通报,2020(05).