冲压成型常见缺陷与解决办法
板料冲压成形是一种十分重要的金属塑性成形方法，广泛应用于航空航天、汽车机车、电机电器、食品包装、日用五金、建筑、包装等工业领域。
在实际的冲压生产过程中经常出现的各种成形缺陷，严重影响了冲压件的几何精度、机械性能以及表面质量。由于与冲压成形质量相关的工艺参数众多，且各因素之间又相互关联，这对现场的模具工程师修模、试模带来了极大的困难和挑战。本文将对冲压成形过程中常见的三种质量缺陷：破裂、起皱和回弹现象产生的原因进行分析，并分别介绍了一般的解决办法，只有找准病根，对症下药，才能不至于盲目修模，费时费财。
一、破裂
板材变薄是板材拉伸导致的结果，从工程实际的角度来看，板料的厚度减少4 %～20 %，一般都是可以接受的，然而，若减薄的太多，则不仅将削弱零件的刚度，严重者，甚至直接导致板料破裂，沦为废品，因此，破裂现象是严重影响冲压成形件质量的重要缺陷之一。
我们知道，在材料拉伸试验中，随着变形的不断加深，材料的承载面积不断缩减，同时其硬化效应也不断增强，当硬化效应的增加能够补偿承载面积的缩减时，变形是稳定的；当越过某一极限值以后，材料将首先在承载能力最薄弱的位置发生颈缩，最终被拉断。对于板料来讲，材料变形的过程与拉伸实验是基本相同的，当应变超过某一极限值的时候将引起板材破裂。
根据破裂程度的不同，可将破裂分为微观破裂和宏观破裂两种情况。微观破裂指在板料中产生肉眼难以看清的裂纹，尽管裂纹深度很浅，但其实一部分材料已然失效。宏观破裂是指板料中出现了肉眼可见的裂纹和断裂。金属加工微信，内容不错，值得关注。宏观破裂通常主要由薄板平面内的过度拉胀所造成的，而微观破裂既可由单纯的拉胀引起，也可由单纯的弯曲引起，无论是微观破裂还是宏观破裂归根结底都是由于材料局部拉应变过大所致。
破裂产生的场合一般有：深冲工艺中小半径区域、凸模圆角处、侧壁中心以及材料通过拉延筋进入凹模导致流动受阻的区域。
由于破裂是由局部区域的应变超出其极限值而导致的，因此，消除破裂现象应当遵循原则就是改变法向接触力和切向摩擦力的分布，以降低破裂区域的拉应变值，工程上的做法一般有：
1、选择合理的坯料尺寸和形状
在板料成形过程中坯料的尺寸、形状会影响最终的成形质量，比如在拉伸方筒时，首先采用方形坯料进行拉伸，如果出现破裂，可对坯料四个角进行适当大小的切角处理，则可消除破裂。
2、增加辅助工序（改变产品圆弧或斜度，增加整形或工艺切口）
在满足零件功能要求的前提下，适当增大模具圆角或减小斜度可以减小材料在成形过程中的流动阻力，从而避免破裂。在板材适当的部位冲切工艺切口，使容易破裂的区域从相邻区域里得到材料补充，以改善该区域的变形情况，同样也可以避免破裂的产生。
3、调整拉延筋参数或压边力
使用拉延筋虽然可以防止凸缘部位产生褶皱，但其副作用就是增加了材料进入凹模的流动阻力，因此，不适当的拉延筋参数可能会导致流动阻力过大，致使板材拉裂。
4、改善润滑条件
冲压成形质量与润滑剂的关系极为重要，不良的润滑条件或润滑剂选择不当都有可能导致板材拉裂。
二、起皱
起皱也是冲压成形过程中一种典型的质量缺陷，直接影响产品表面质量，像国内的汽车外观覆盖件成形质量差，很重要的一个原因就是起皱问题；更为严重的，有时还会出现起皱再被模具熨平现象，损伤工件甚至划伤模具，给生产带来极大的损失。
起皱产生原因与破裂产生原因相反，是由于局部压应力过大引起板料厚度方向的失稳所致。这种失稳形式称为压缩失稳。起皱发生时，皱纹的走向与压应力垂直，但不能简单认为任何起皱都是压应力引起的。
在板料冲压成形时产生的起皱是各种各样的，按产生原因不同可分为材料堆积起皱和失稳起皱，材料堆积起皱是由于进入凹模腔内的材料过多而导致的起皱；而失稳起皱则是指由于板料厚度方向的约束力弱的压缩凸缘失稳和在不均匀的拉伸部位失稳而产生的皱纹。起皱虽然不像拉裂那样削弱零件的强度和刚度，但它影响零件的精度和美观。如果在中间工序发生起皱还可能影响下一道工序的正常进行。
材料局部压应力过大时容易导致起皱，特别是当材料处于拉-压两种应力状态作用下的时候，因此消除起皱的处理原则是准确预测材料的流动情况并增加起皱处的法向接触力，工程上的做法一般有：
1、增大压边力
压边力可增加材料进入凹模的流动阻力，可以缓解凸缘边缘的起皱现象。
2、增加拉深筋数量或者增加高度
拉延筋分圆筋、方筋、拉延栏，进料阻力依次增大，使用何种拉延筋需要从多方面进行考虑，如制件拉延深度、材料性能、产品形状等。合理的设置拉延筋，科学控制进料阻力，改变材料内部应力状态，调整材料流动方向，可以有效地改善起皱缺陷。
3、修改产品和模具形状以吸收多余材料
附表：板材冲压成形缺陷及解决办法
三、回弹
板料回弹是指在冲压成形过程中，当外载荷去除后，由于材料的弹性恢复而使其形状和尺寸发生与加载时变形方向相反的变化的一种现象。回弹是板料成形过程特别是弯曲成形过程中不可避免的一种成形缺陷。
板料的回弹严重影响了成形件的形状和尺寸精度，尤其是近年来，随着高强度钢板的广泛使用，使得回弹现象越来越受到人们的关注。由于高的屈服强度和抗拉强度，使得高强度板料具有更大的刚性和硬度，并在常温下卸载后表现出更为明显的回弹现象。
我们知道，板料在外载荷作用下发生的任何一种塑性变形，其变形都是由塑性变形和弹性变形两部分所组成的。当外载荷去除时，塑性变形区的材料保存残余变形而使得零件成形，而弹性变形区域的弹性变形将恢复，产生回弹。
对回弹现象的深入分析后，使我们了解到，产生回弹现象的主要原因是由于板料各部分材料变形状态不同步，经常出现的是一部分材料处于弹性变形阶段，而另外一部分材料则已进入塑形变形阶段，当模具卸载后，各部分材料都需要进行弹性恢复，这就导致，板料在厚度方向或面内方向上的残余应力分布不均匀，最终发生回弹。
下面，我们以板料的纯弯曲变形过程中的应力状态为例，分析回弹现象的力学机理。
板料在受到弯曲力矩M的作用下，在远离凸模的外层金属AB侧，应力状态为单向受拉，而靠近凸模的内层金属CD侧的应力状态为单向受压，从板料内外边缘到板料中心，金属材料的拉伸和压缩变形程度逐渐减小，直至中性层。当弯矩M逐渐增大，弯曲变形程度也会逐渐增大。在这种情况下各层材料会从弹性变形慢慢向塑性变形转变。一般可以划分三个阶段来描述该过程：
1、弹性变形阶段
当弯曲力矩M数值还不够大时，变形区域内外层金属上的应力小于材料的屈服强度，板料内部处于弹性变形阶段。沿板料厚度方向，应力中性层两边分别为拉伸变形区和压缩变形区，此时的应力状态近似为线形。
2、弹塑性变形阶段
当弯曲力矩M较大时，变形区域内外边缘的金属率先达到并超过材料的屈服强度极限，并从弹性变形阶段过渡到了塑性变形阶段，而后，塑性变形从内、外表面金属层向着中性层逐渐扩展。
3、纯塑性变形阶段
弯曲力矩M的数值再继续增大，使得板料的弯曲半径很小，变形程度很大，因此，可以近似地认为塑性变形已经扩展到整个材料的横截面了，材料也因此进入弯曲变形的第三个阶段，纯塑性变形阶段。
板料在受到弯曲力矩M的作用后卸载，如果板料在M的作用下只是发生弹性变形，那么卸载后弹性变形将完全恢复，板料形状也将恢复如初，如果板料在M的作用下发生了弹塑性变形或纯塑性变形，那么变形中的弹性部分仍将恢复，塑性部分被保留下来，具体的力学状态如下：
板料发生弹塑性变形时截面上的切向应力分布如下图a所示。卸载的过程可以假想为对板料施加一个弹性弯曲力矩，如下图b所示。弯曲力矩M和假想的弹性弯曲力矩在板料截面内的合成应力，即为弯曲件卸载后，自由状态下截面内的残余应力，其在变形区截面内由内至外按照拉、压、拉、压的顺序变化，如下图c所示（为观察方便而将板料同一部位的三组应力并列在一张图中，并不表示此时的板料为平直状态）。
同样的，纯塑性弯曲变形卸载时，板料截面内切向应力的变化如下图a、b、c所示：
无论是弹塑性弯曲卸载过程，还是纯塑性弯曲卸载过程，最后在板料变形区域都有残余应力，这是由于板料在弯曲过程中，变形区各层金属纤维在切向上的变形不均匀，而引起的附加应力在卸载后残留在截面内造成的。
上文阐述的是板料在承受弯曲力矩作用和卸载后在厚度方向上的应力状态，其实，不仅在厚度方向，在板料的平面方向同样也会产生应力分布不均的情况，基于此，可将回弹现象归纳为如下几种类型：
影响板料回弹量的影响因素有很多,比如材料本身的力学性能、模具圆角及凹凸模间隙、压边力等等,对于板料成形工艺设计人员来说，减小回弹现象造成的工件几何误差,比较容易实现的方法是通过调整工艺参数来减少工件的回弹量,使工件的几何尺寸满足设计要求。
1、材料性能
材料的弹性模量越小,屈服极限越高,加工硬化现象越严重(n值大),弯曲变形的回弹量也越大，高强度钢板、铝合金钢板的回弹量较普通钢板要大。
2、相对弯曲半径
相对弯曲半径指的是板料弯曲时的弯曲半径与料厚之比。当相对弯曲半径减小时,弯曲板料外表面上的总切向变形程度增大,其中塑性变形和弹性弯曲成份也都同时增大,但在总应变中弹性变形所占比例却减小,因此回弹也减小；与此相反,当相对弯曲半径增大时,由于弹性变形在总变形所占的比例增大,回弹也就增大了。
3、凹凸模间隙
对于回弹问题来说,冲压模具的凹凸模间的间隙对弯曲件的回弹及表面质量有影响。间隙愈小,则回弹角也愈小，间隙愈大,则回弹角也愈大。但如果间隙过小时，会使工件的表面擦伤或厚度变薄；而当间隙小于料厚时,工件则可能产生负回弹。
4、冲程
冲程的大小也影响到板料在冲压成形过程中的应力状态。对于浅拉伸件而言,冲程较小,弯曲应力的影响较拉伸应力的影响大,因此回弹的趋势较为明显;对于深拉伸件而言,冲程较大,冲压过程中拉伸应力使得板料上下表面形成双向拉伸状态,回弹趋势被抵消了一部分,回弹量较小。
5、压边力
增大压边力可以减小板料的回弹量,但增大压边力是以零件无其他成形缺陷为前提。通常可以通过增加压边力或者设置拉延筋来加大压边力。
6、摩擦系数
弯曲板料表面和模具表面之间的摩擦可以改变弯曲板料各部分的应力状态。一般认为摩擦可以增大变形区的拉应力,可以使零件形状接近于模具形状,从而减小板料冲压的回弹量。
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