1铝合金冲压件回弹问题
该汽车铝合金冲压件的尺寸达标程度平均值大约为五成，如图1所示，并且尺寸变化幅度很大，一致性不佳，这主要源于零件的回弹现象，如图2所示（单位：毫米）。
图1 钢、铝合金冲压件尺寸合格率对比
图2 零件回弹
1.1铝合金冲压件回弹原因
铝合金的物理性质：这种材料弹性系数不高，与钢材相比要小很多，大约只有钢材的三分之一，如表1所示，在冲压时更易出现弹性形变，去掉外力后能较好地恢复原状，因此回弹现象比较明显；此外，铝合金在不同方位的力学表现不同，如表2所示，这种特性导致冲压件在变形时各部位受力与形变不一致，从而引发较大的回弹现象
表1 铝合金与钢材弹性模量对比
表2 铝合金不同方向各向异性数值对比
汽车冲压零件的形态与构造往往十分繁复，例如它们会经历深拉延、弯曲、翻边等多项成型工艺，造成各部位在冲压时变形量存在差异，应力分布也较为复杂，因而回弹现象难以精确调控；此外，零件横截面的急剧变化同样会引发应力集中，当冲压完成应力释放之际，容易产生较为明显的回弹。
冲压工艺参数包括，压边力不够，压边力是决定铝合金材料在冲压时如何流动的关键因素，要是压边力不够，材料在拉深时就会容易起皱，同时也会让回弹变得更大；模具零件之间的空隙设置不恰当，空隙太大，材料在冲压时受到的束缚就会减弱，回弹会随之增加；空隙太小，材料同模具零件之间的摩擦会增加，可能会导致材料局部发生过度变形，同样也会引起较大的回弹。
模具的设计与制作过程中，结构规划对铝材冲压后的形变有显著作用，当模具的凸模和凹模轮廓与成品轮廓存在偏差，或者脱模装置的构思不周全，都会造成冲压件在取出时发生不必要的扭曲，从而提升回弹程度；而模具加工的精细度不足，比如模具部件的表面不够光滑、尺寸控制不严，会造成铝材在冲压时与模具部件的接触不紧密，局部受力分布不均，进而引发明显的回弹现象。
1.2回弹解决措施
改进原料的挑选与加工方式，挑选适宜的原料，在符合汽车零件功能标准的基础上，尽可能选用弹性系数较大、不同方向物理特性差别不大的铝合金原料，例如某些通过特别合金化手段制作的铝合金，能够从基础上降低弹回现象的发生概率。
优化零件构造：首先应当使零件的形态更为简洁，在设计汽车铝合金冲压件时，要防止过于繁复的结构和骤变的截面形态，对于一些无法避免的复杂部位，可以采取分段构造或增设过渡圆弧等措施，以此减少应力聚集，降低回弹的可能性；其次需要在零件上恰当安排加强筋，通过这种方式能够增强零件的刚性，提升其抗形变性能，对于回弹现象也能起到有效的控制作用，加强筋的尺寸参数，包括高度、厚度以及间隔距离，都必须依据零件的详细构造和承受的载荷状况进行精细的调整。
改进冲压流程的设置：首先，调节压边力量，借助实际操作和仿真研究来明确恰当的压边力量值及其分布方式，针对轮廓复杂且形变较大的铝制件，能够运用分区差异压边力量方案，在各个区域施加不一样的压边力量，促使板材在冲压时实现均衡变形，降低回弹现象；其次，调整模具组件的空隙，依据铝材的厚度及其物理特性，挑选适宜的模具组件空隙，通常铝制件的模具组件空隙应略大于钢制件，但具体数据需通过实际测试来最终确定。
改进模具的设计与制作：首先，改进模具零件的轮廓形态，运用计算技术对冲压流程开展仿真研究，依据仿真数据对模具零件的轮廓形态进行改进设计，使其与零件的回弹变化趋势相吻合，通过调整模具零件的轮廓形态，降低零件的回弹程度；其次，提升模具零件的精确度，增强模具的制作水准，保证模具零件的尺寸准确度、形态准确度和表面光洁度达到标准，运用高精度的加工工具和创新的加工方法，例如数控加工、电火花成型等，确保模具的整体品质。
2铝合金冲压件开裂问题
这种金属材料非常坚硬，但它的柔韧性不如一般铁器，在加工时容易产生断裂，如图3所示，导致公司制造费用上升。
图3 铝合金冲压件开裂
2.1开裂原因
铝合金材料的厚向异性系数r值较小，参见表3，其抗减薄性能不佳。铝合金材料的延展性弱于钢材，钢材的延伸率在42%到47%之间，铝合金的延伸率则在20%至23%之间，因此铝合金制件在冲压过程中比钢材制件更易出现开裂现象。
表3 铝合金与钢材r值及延伸率对比
2.2解决开裂措施
零件的工艺性需要增大造型圆角，凸模圆角半径必须达到十五毫米以上，凹模圆角半径需要不小于十毫米，内板斜度应不小于二十度，外板斜度须不低于二十五度，采用较大的斜度能够有效防止拉深过程中出现开裂现象，具体示意图参见图四。
图4 铝合金冲压件造型截面
铝合金CAE分析判定冲压工艺开裂情况：通常铝合金CAE分析显示减薄率不高于16%，如图5所示，翻边半径部位减薄率要小于12%，且最大值不超过14%。
图5 铝合金冲压件CAE减薄率及实物开裂状态
3铝合金冲压件成形过程中铝屑问题
铝屑是铝合金冲压件成型过程中经常出现的一种现象，如图6所示，这种情况会降低生产效率，并且导致很多零件需要返工。需要找出产生这种现象的原因，并制定相应的对策，以此来减少或者完全消除铝屑对生产带来的不利影响。
图6 成形过程中产生铝屑
3.1铝屑产生原因
铝材韧性较强，切割时刃部与断口的接触，会引发二次加工形成许多铝末，如图7所示，这些铝末具有显著的附着力，在切割阶段刀刃容易形成铝质堆积物，导致铝末不断累积。
图7 铝屑产生机理
3.2铝屑解决措施
标准做法包括，上模修边镶件设有3毫米垂直刀刃面，其上方部分带有2度倾斜的间隙，该镶件刀刃端头配置了0点2毫米的圆弧过渡，同时实施了表面钝化工艺，具体形态参考图8；翻边及整形镶件应用了PVD镀层技术，以提升滑动性能并降低与材料的摩擦；需要设定恰当的修边与冲裁间隙，分别为材料厚度的百分之十和百分之十二；必须定期进行高频次的清洁和抛光保养工作。
图8 修边模刃口结构
特殊处理方式：铝质合金较软，为避免压伤，压料板的贴合区域宽度比钢材要窄，翻边作业建议宽度为40毫米，整形作业建议宽度为50毫米，以此降低对零件表面的压伤；提升零件冲裁的速率，能够改善断面品质，同时减少碎屑的生成；针对伺服式压力机，降低其回程速率，有助于减少碎屑的飞溅；对于内板件，可适量喷涂润滑剂，以减少碎屑的飞溅；针对修边或冲孔用的凸模，采用表面涂层技术（类似金刚石碳膜，DLC），能显著提高硬度，同时降低表面粗糙度，如图9所示。
图9 修边/冲孔凸模刃口DLC涂层处理
4汽车铝合金冲压件冲击线问题
冲压成型时，铝合金的屈服强度介于130到160兆帕之间，这个强度值比较小，导致材料与模具零件在成型开始前的紧压状态是静摩擦，而一旦材料开始流动，摩擦状态就变成了动态的，具体情况如图10所示。在凹模的圆角部分，材料被拉伸并发生加工硬化，形成了冲击线，如图11所示，理论分析表明冲击线的状态与实际零件上的冲击线状态是一致的。
图10 铝合金冲压件冲击线形成过程
图11 铝合金冲压件冲击线
4.1冲击线产生原因
模具方面的问题包括，零件之间的缝隙太小，会让材料前进变得困难，容易形成冲击线，零件表面的不平整程度大，或者有破损和磨损的情况，会增强与材料之间的摩擦力，使得冲击线更加突出。
工艺参数方面需要注意，当冲压速度过快时，由于冲击力超出正常范围且材料无法及时均匀变形，容易形成冲击线，这种情况必须重视，另外如果压边力设置过大，将会阻碍材料的正常流动，进而导致冲击线问题更加严重，这也是需要避免的。
4.2冲击线解决措施
改进零件构造，提升零件斜度；科学规划模具构造，恰当设置圆角大小；减少模具零件表层不光滑程度，降低模具零件轮廓与物质的摩擦阻力；修正冲压流程条件，减缓冲压进程速率，恰当把握压边力度。
5铝合金冲压件压合开裂问题
铝制件材质延展性弱，在包边压制时受力容易产生断裂，图12展示了成型环节常见的质量问题。
图12 铝合金压合包边开裂
5.1压合开裂原因
压合包边时，翻边R角部位是应力高度集中的地方，当翻边R角过窄，应力集中会更显著，材料在此处承受的应力会迅速提升。倘若材料的强度和韧性无法应对这种集中的应力，就很容易在R角部位出现裂纹，从而引发断裂。
压合包边操作时，若滚压角度偏大，材料会迅速承受更多的弯曲和拉伸力。这种力的增长很突然，如果材料不够坚韧或者延展性差，就难以承受这种变化，包边位置就很容易出现断裂。
5.2压合开裂解决措施
铝合金冲压件的翻边R角设定在2.0到3.0毫米之间，这样做是为了防止R角部位产生应力集中，同时也能解决压合包边时开裂的难题。压合包边后的圆角形状类似于水滴，具体形态如图13所示，这种设计有助于降低包边系数，从而消除包边开裂的现象。通常情况下，铝合金经过包边处理后，外圆角的半径范围是1.5到2.5毫米，而钢材在包边后，外圆角的半径一般介于0.9到1毫米之间。
图13 压合包边后断面形状
每次压合的角度不宜过大，应尽量使用滚边方法，并且分几次进行辊压操作。当翻边角度小于115°时，需要分三次进行滚边，具体步骤如图14所示，第一道工序是从115°滚压到60°，第二道工序是从60°滚压到30°，第三道工序是从30°滚压到0°。当翻边角度介于115度到135度之间时，必须额外增加一道滚边工序，先将翻边角度调整至90度，总共需要进行四次滚边操作，如图15所示，第一道工序将角度从135度滚压至90度，第二道工序将角度从90度滚压至60度，第三道工序将角度从60度滚压至30度，第四道工序将角度从30度滚压至零度。
图14 翻边角度小于115°度压合包边工序
图15 翻边角度115°~135°压合包边工序
