'汽車模具：高強度鋼板縱梁拉毛常見原因分析及處理措施，值得收藏'

隨著汽車輕量化要求的提出，高強度鋼板在汽車行業的應用越來越廣泛。到目前為止，汽車縱梁幾乎100%採用高強度鋼板。高強度鋼板在汽車縱梁上的應用，不僅滿足了汽車輕量化的要求，而且進一步優化了整車結構。

然而，高強度鋼板汽車縱梁上的拉毛問題一直困擾著模具工藝設計人員和汽車研發人員。拉毛的產生將會影響衝壓件的表面質量、使用性能以及模具的使用壽命等。

高強度鋼板汽車縱梁產生拉毛，既與汽車縱梁使用的高強度鋼板材料有關，又與汽車縱梁的結構、拉深深度有關；既與模具表面硬度、耐磨性有關，又與模具表面強化處理有關。

造成汽車縱梁拉毛的常見原因

汽車縱梁結構和強度

在汽車行業中，目前汽車縱梁普遍使用的材料為B340/590DP、B340LA、HC340/590DP，料厚1.5～2mm。高強度鋼板汽車縱梁結構一般比較複雜，型面之間落差大，拉深深度深，在實際生產過程中容易產生拉毛。此外，汽車縱梁的屈服強度和抗拉強度高，成形性差，也容易產生拉毛。圖1所示為汽車縱梁結構。

圖1 汽車縱梁結構

模具材料

由於汽車縱梁採用高強度鋼板，且料厚比較厚，在翻邊模具中，上模翻邊鑲塊宜採用高合金鋼Cr12MoV，但在實際中卻採用空冷鋼7CrSiMnMoV（相對便宜，成本較低），導致汽車縱梁在衝壓翻邊過程中容易出現拉毛。

圖2 翻邊模具結構

圖3 翻邊件拉毛實物圖

圖2所示為翻邊模具結構，圖3所示為翻邊件拉毛實物圖。

熱處理和硬度

圖4 汽車縱梁拉毛實物

在拉深模具中，如果對凸凹模鑲塊的熱處理沒有明確要求，或硬度偏低，也將導致汽車縱梁在拉深過程中容易出現拉毛，如圖4所示。

氧化脫碳

如果模具鑲塊表面產生氧化脫碳，將造成模具淬火後硬度不足。當表面硬度低於500HV時，模具鑲塊表面就會出現拉毛現象。

造成氧化脫碳的主要原因如下：

01

模具鑲塊在進行滲碳熱處理時，未及時通入保護氣體，導致模具鑲塊表面硬度不足；滲氮後一段時間保持爐冷，但未繼續通入氨氣，也將導致氧化脫碳。

02

碳氮共滲、滲氮等化學熱處理後，除直接淬火外，一般應在冷卻桶（或冷卻槽）內通入保護氣體的條件下冷卻，以防止工件冷卻過程中氧化脫碳，但實際過程中未通保護氣體。

03

出現氧化脫碳時未採取有效措施，如未採用鹽浴爐、保護氣體爐或真空爐加熱。採用空氣爐或燃燒爐加熱時，未採取適當保護措施如塗防氧化塗料、包套、裝箱、防止爐氣還原等。

抗粘附性和抗磨損性

在高強度鋼板汽車縱梁的生產過程中，由於汽車縱梁拉深深度深，往往生產10min後模具與製件將摩擦發熱，導致模具表面抗粘附性降低，進而使模具、製件出現拉毛。模具表面的抗磨損性也是模具、製件是否出現拉毛的關鍵因素。

其他原因

01

模具鑲塊壁厚不均勻，結構不合理。如模具形狀複雜，壁厚不均勻，工藝孔位置不當等。

02

模具鑄造過程中，因模具材料化學成分比例不合理而產生砂眼，將有可能導致製件拉傷、拉毛，並最終導致模具出現拉毛。

03

模具、板料髒，有雜質。在實際生產中，模具、板料上有雜質，特別是廢鐵屑或者模具焊接過程中產生的焊渣、打磨過程中產生的粉塵等，都有可能導致模具被拉傷。一旦模具被拉傷，如維護不及時，則拉毛更加嚴重。

04

汽車縱梁衝壓生產過程中潤滑不良。如拉深過程中凸、凹模之間的間隙較緊，這時一旦潤滑不良，就容易導致模具和製件拉傷、拉毛。

05

毛坯尺寸過大。在模具調試初期，如毛坯尺寸過大，同時壓邊圈壓料筋過大，將有可能導致製件拉毛，甚至拉裂。

針對各種拉毛原因所採取的處理措施

優化汽車縱梁結構和強度

經分析，對形狀特別複雜、拉深深度特別深的汽車縱梁，可選擇合理的衝壓結構以避免過深的拉深，而通過選擇合理的衝壓工藝可以降低拉深深度。例如，圖1所示汽車縱梁可採取如下衝壓工藝：OP10DR(拉深)，OP20TR(修邊)，OP30RST(翻邊整形)，OP40CTR+PI（側修邊衝孔）。

在滿足汽車縱梁強度要求的前提下，可在汽車縱梁上增設加強筋或在汽車縱梁內增加縱梁內板等措施，降低高強度鋼板的厚度，避免拉毛。

合理選用模具材料

高強度鋼板汽車縱梁採用大中型模具，拉深深度深、結構相對複雜，一般情況下產生拉毛的位置發生在凹模上。要保證模具不出現拉毛或把拉毛降到最低限度，一般選擇高合金材料作為模具材料，如上模鑲塊（凹模）、壓邊圈鑲塊、翻邊鑲塊宜採用Cr12MoV材料；還可採用MoCr、7CrSiMnMoV、HT300材料等的鑄造結構，但鑄造要進行熱處理。

採用高合金鋼作為壓邊圈鑲塊，熱處理方便，硬度高，耐磨性好，不容易產生拉毛，但是成本高；採用鑄造結構作為壓邊圈鑲塊，硬度低，耐磨性差，成本相對較低，但是容易產生拉毛，故鑄造後還必須進行熱處理。

合理選擇熱處理工藝

作為模具生產廠家和整車生產工藝部門，應該對熱處理工藝提出明確要求，以實現全過程有效控制。因此選擇的熱處理工藝既要達到提高模具表面硬度和耐磨性、抗疲勞強度的目的，又要滿足生產成本、生產週期等要求。

高強度鋼板汽車縱梁拉毛現象比較嚴重，其熱處理方式的選擇原則一般如下：

01

針對不同的硬度和耐磨性要求，需要根據不同的模具材料選擇相應的熱處理方式。

02

目前高強度鋼板基本上使用Cr12MoV材料，對於上模鑲塊（凹模）要求硬度為65～67HRC的，應選擇滲氮或滲磞熱處理方式。

03

高合金鋼含合金元素較多，導熱性差，奧氏體化溫度高，應緩慢加熱，宜採用多次預熱或者階梯式升溫。

04

應重視加熱介質，並最好採用油冷方式進行冷卻。

05

在達到淬火目的的前提下，應採取較緩慢的冷卻速度。

06

鹽浴後應及時清理殘鹽及水分，要注意防鏽；酸洗要防氫脆（金屬材料中由於含有氫或在含氫的環境中工作，其塑性和韌度下降的現象），並及時驅除氫氣。

07

模具使用一段時間後，應進行一次去應力處理。

08

熱處理後需要線切割或電火花加工的模具，要求模具淬透性好，淬硬性深，並要求熱處理後殘留應力盡量小。

工件硬度不足多由滲碳不足、淬火時脫碳、淬火溫度過低、淬火冷卻速度不足、表面殘餘奧氏體量過多、回火過度、工件表面不清潔、滲碳不均勻或冷卻不均勻等因素造成。熱處理工藝不當，將導致模具表面的整體或局部硬度達不到模具設計規定的硬度要求。參照新的標準要求，一般選用模具鑲塊材料為Cr12MoV，熱處理後硬度要求達到65～67HRC。

當硬度不能達到要求的時候，可採取如下措施：

● 加熱充分，爐溫均勻。

● 工件出爐後至淬火前預冷時間不宜過長。

● 冷卻介質恰當，冷卻溫度合理。

● 工件表面不允許有氧化皮或附著鹽液。

● 淬火後從淬火介質中取出工件時溫度控制合理。

為徹底消除模具拉毛，還要求對模具表面進行強化處理，如鍍鉻、TD處理、PVD處理等。在熱處理過程中，不能過於追求模具的硬度，還應同時關注模具的淬透性、鍍膜的厚度、模具的韌性等要求，在硬度、耐磨性、韌性等方面力求平衡。

對模具進行氧化脫碳處理

為保證模具硬度，必須對模具進行氧化脫碳處理。防止氧化脫碳的有效措施是通過鹽浴爐、真空爐等加熱，並採取適當措施如塗保護塗料、包套、裝箱、控制爐氣還原等，全面消除氧化脫碳；同時還依賴於熱處理過程中熱處理工藝人員和操作者的經驗水平。

提高模具表面的抗磨損性和抗粘附性

模具在生產過程中凸、凹模與製件之間始終存在摩擦，無法避免拉深過程中模具鑲塊表面發熱，最終使模具粘附性增大，形成嚴重的拉毛。因此，要提高模具表面的抗磨損性和抗粘附性。

實踐證明，單純依靠熱處理提高模具表面硬度和耐磨性、抗疲勞強度等，汽車縱梁仍可能會發生拉毛、拉傷現象，為此往往要對模具進行鍍鉻、TD處理、PVD處理等表面強化處理。

其他措施

01

確保模具鑲塊壁厚均勻，工藝孔佈置恰當。對於形狀複雜的模具，模具設計過程中要使壁厚儘量均勻；對壁厚大的，要求佈置數量適當的工藝孔；對薄壁或尖角部位，要求佈置圓角過渡。

02

嚴格控制模具鑄造過程中的化學成分比率，避免模具有砂眼。特別是對於採用MoCr鑄鐵或HT300鑄鐵的凸模和壓邊圈，要求嚴格控制其化學成分比率，對化學成分不合格的要求重鑄。發現砂眼時，應及時予以補焊並進行局部熱處理。

03

確保模具、板料乾淨，沒有雜質。在實際生產中，生產前必須對模具進行清潔保養，確保模具、板料上沒有雜質，如模具焊接過程中無焊渣、打磨過程中無粉塵等。

04

確保汽車縱梁衝壓生產過程中潤滑良好。要使模具上、下模之間的間隙合理，上、下模之間不過鬆、過緊，且潤滑良好。

05

避免毛坯尺寸過大。通過提高CAE分析水平，避免毛坯尺寸過大導致模具、製件拉毛；對於拉深模壓邊圈上的壓料筋，要合理佈置，避免壓料筋過大導致拉毛。

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