厚板件壓彎開(kāi)裂問(wèn)題研究

張揚(yáng)敏

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

車架總成由縱梁和幾根橫梁總成聯(lián)結(jié)組成，具有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受汽車的載重和從車輪傳來(lái)的沖擊載荷。橫梁總成的主要作用是聯(lián)接左右兩根縱梁，構(gòu)成一個(gè)完整的框架，以保證車架有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度，連接板作為聯(lián)接的載體，要求與橫梁和縱梁的連接面貼附，圓角部光滑過(guò)渡無(wú)裂紋，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。對(duì)連接板的質(zhì)量要求包括孔距、孔邊距、圓角、折彎角度等幾項(xiàng)要求。連接板材料以厚板件為主，在折彎過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象，本文將從加工設(shè)備、工藝模式、工藝裝備、原材料等角度的分析研究，采取針對(duì)性措施進(jìn)行改善，減少和避免壓彎裂紋現(xiàn)象的發(fā)生。

1 連接板的工藝現(xiàn)狀及問(wèn)題

圖1 為我公司設(shè)計(jì)使用的一款連接板，材料選用510L，料厚為8mm，在折彎過(guò)程中存在兩端圓角處開(kāi)裂現(xiàn)象。我單位的加工流程為：開(kāi)卷下料-單件矩形坯料—切邊沖孔—折彎，開(kāi)卷下料和單件矩形坯料為配送中心使用卷料開(kāi)平剪切方式加工并提供的。彎曲工序使用折彎?rùn)C(jī)或壓彎模具壓彎成型，使用折彎?rùn)C(jī)加工的彎曲稱為折彎，使用壓彎模具加工的彎曲稱為壓彎。兩種加工方式差異不大，均為將制件放在V型槽上，在制件上方施加向下的壓力使制件成形，區(qū)別是成形的速度有快慢差異，壓彎快些，折彎慢一些。彎曲工序生產(chǎn)中，在壓彎線兩端頭的外圓弧處出現(xiàn)大小不等、深淺不一的裂紋（俗稱彎裂），嚴(yán)重時(shí)，深度可達(dá)料厚的2/3 以上，一般只出現(xiàn)在一端，另一端頭完好，開(kāi)裂情況見(jiàn)圖2。由于切邊沖孔工序使用沖壓模具沖裁，切邊沖孔工序只加工孔位和斜線外形，與壓彎棱線不相關(guān)，故后續(xù)原因分析與切邊沖孔工序無(wú)關(guān)。

圖2 開(kāi)裂情況圖示

2 原因分析及驗(yàn)證

2.1 原材料性能

圖3 理化性能分析結(jié)果

在出現(xiàn)批量性彎裂后，臨時(shí)組織了其它廠家坯料保障生產(chǎn)，更換后的坯料未出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。其它生產(chǎn)條件均未改變，但出現(xiàn)了不同的結(jié)果，我們認(rèn)為廠家的材料有問(wèn)題，故從開(kāi)裂制件上取樣，與未開(kāi)裂制件的取樣一起進(jìn)行理化性能分析，結(jié)果顯示基體硬度無(wú)差異，金相組織正常，開(kāi)裂件和完好件的材料成分均處于合理的標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。結(jié)果見(jiàn)圖3，分析認(rèn)為：開(kāi)裂件的性能參數(shù)可能正好處于現(xiàn)有加工條件的開(kāi)裂臨界區(qū)間，我們沒(méi)有找到相應(yīng)的影響因素而已。查510L材質(zhì)的出廠檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中只有這些性能指標(biāo)，故材料要求暫時(shí)無(wú)法改變。

2.2 壓彎圓角影響

實(shí)際生產(chǎn)中，壓彎產(chǎn)品板料厚度基本均為6-8mm，為保證適用和通用性，折彎使用的是圓角為R8 的模具。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T 5109-2001《金屬板料壓彎工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》，8毫米厚的510L 板料最小壓彎半徑應(yīng)不小于10.4 毫米。選擇半徑為R10 的折彎模具試壓，彎裂現(xiàn)象有較大改觀，開(kāi)裂紋變小，但孔邊變形較大，制件孔徑呈長(zhǎng)圓形。

調(diào)整折彎參數(shù)，在保證制件彎曲角度符合產(chǎn)品公差要求的情況下，調(diào)整模具閉合高度，增加和減小上模進(jìn)入下模的深度，發(fā)現(xiàn)對(duì)制件的開(kāi)裂無(wú)明顯影響。

2.3 供貨廠家變更

在我公司原材料合格供方中選取不同廠家的坯料進(jìn)行多批次加工驗(yàn)證，每個(gè)廠家都有彎裂的現(xiàn)象出現(xiàn)。對(duì)同一鋼廠不同生產(chǎn)批次材料進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，彎裂現(xiàn)象還是存在。

2.4 毛刺大小影響（通過(guò)剪切間隙調(diào)整）

查《沖壓工藝學(xué)》[1]得知，8mm 料厚的正常合理生產(chǎn)間隙為0.09-0.11 倍料厚（即0.72-0.88mm），分別按0.6、0.8、1mm 三種狀態(tài)進(jìn)行剪切間隙調(diào)整，對(duì)制件的壓彎開(kāi)裂狀態(tài)進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)0.8mm 間隙時(shí)，制件的毛刺最小，外觀狀態(tài)最佳，0.6mm 時(shí)，毛刺較小，裂口尺寸變大，1mm 間隙時(shí)，剪切斷面質(zhì)量變差，毛刺較大，壓彎后開(kāi)裂縫變大。

2.5 毛刺方向影響

對(duì)存在問(wèn)題件進(jìn)行觀察，壓彎件左右兩端一端有開(kāi)裂，另一端完好，開(kāi)裂的一端均為剪切毛刺面朝外的一端。對(duì)同一坯料的同一剪切邊，分別進(jìn)行正反壓制（即毛刺面一次朝外，一次朝內(nèi)），同樣是毛刺面朝外的圓角處有開(kāi)裂，毛刺面朝內(nèi)的那次圓角處過(guò)渡光滑，無(wú)開(kāi)裂。

2.6 纖維方向影響

板材軋制時(shí)形成了材料的纖維方向，分為平行和垂直兩種不同狀態(tài)，兩方向材料的延伸性能存在差異。選取兩種不同的纖維方向，分別下料8 件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果顯示，其它條件相同的情況下，垂直于軋制方向壓彎的開(kāi)裂狀態(tài)與平行于軋制方向壓彎區(qū)別不大，無(wú)明顯差異。

2.7 材料硬度影響

剪切加工斷面處存在各向應(yīng)力，會(huì)出現(xiàn)冷作硬化現(xiàn)象，開(kāi)裂可能是冷作硬化原因?qū)е隆榇?，使用氧乙炔焰?duì)剪切后坯料的壓彎棱線端頭部位加熱，局部燒紅后自然冷卻至室溫狀態(tài)，對(duì)該坯料進(jìn)行彎曲，剪切毛刺面繼續(xù)朝外，完成后制件外圓角過(guò)渡光滑，未出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

3 改善措施

3.1 工藝流程改變

坯料在開(kāi)卷線開(kāi)卷、分條到成為矩形單件料的過(guò)程中，4個(gè)外形邊中有兩個(gè)相對(duì)邊的毛刺面處于同一方向，另兩相對(duì)邊為異向。根據(jù)這一特點(diǎn)，工藝安排將毛刺面一致的外形邊用于壓彎，加工其它工序時(shí)，區(qū)別制件的加工方向，保證在壓彎時(shí)，毛刺面一致的邊統(tǒng)一壓在圓角內(nèi)部，按此要求執(zhí)行后，再未發(fā)現(xiàn)有開(kāi)裂的現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2 對(duì)壓彎棱線倒角

在出現(xiàn)彎裂現(xiàn)象后，對(duì)開(kāi)裂端頭部位毛刺面進(jìn)行打磨倒角，分別按2*45°、3*45°、4*45°三種大小狀態(tài)加工各50件后壓彎，模具圓角使用R10，查看彎裂發(fā)生現(xiàn)象。倒角為2*45°的連接板部分件存在微小裂紋，倒角大于等于3*45°的均未發(fā)現(xiàn)有開(kāi)裂現(xiàn)象。壓彎對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 微小裂紋

圖5 無(wú)裂紋

3.3 加工模式改變

剪板機(jī)為直線刃口，無(wú)法實(shí)現(xiàn)曲線外形的加工。為了適應(yīng)部分曲線外形產(chǎn)品的加工需要，使用等離子切割或激光切割方式加工外形，該部分產(chǎn)品在壓彎后未出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。對(duì)前面出現(xiàn)開(kāi)裂的板料采用兩種方式分別切割加工坯料8 件，壓彎后所有圓角均未出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上分析及試驗(yàn)驗(yàn)證，原因基本歸結(jié)為剪切加工產(chǎn)生應(yīng)力和冷作硬化現(xiàn)象造成壓彎開(kāi)裂，加之壓彎圓角與材料料厚比值較小，部分材料性能處于開(kāi)裂與不開(kāi)裂的臨界范圍附近，造成的彎裂現(xiàn)象，在現(xiàn)有工藝模式條件下，優(yōu)先考慮增大壓彎圓角進(jìn)行改善，在尺寸受限無(wú)法增大情況下，可考慮將兩端壓彎毛刺加工成一致?tīng)顟B(tài)并通過(guò)工藝安排將毛刺面壓彎在成型圓角內(nèi)側(cè)，避免壓彎開(kāi)裂現(xiàn)象發(fā)生；這屬于提前策劃，事前預(yù)防，效果表現(xiàn)明顯。

對(duì)于圓角無(wú)法加大，兩端頭毛刺面無(wú)法同一方向，壓彎存在開(kāi)裂的，可考慮將開(kāi)裂一側(cè)壓彎線處加熱，釋放剪切應(yīng)力，或者對(duì)壓彎線處毛刺面倒角3*45°以上，通過(guò)增加工藝流程，保證產(chǎn)品質(zhì)量；這算是一種補(bǔ)救措施，屬于事后預(yù)防，會(huì)造成一定的損失和浪費(fèi)。

還有一種解決辦法，就是改變加工方式，采取等離子或激光切割手段代替剪板機(jī)對(duì)產(chǎn)品外形的加工。這種模式也屬于事前預(yù)防，只是加工效率不如剪板機(jī)高，加工成本高于剪板機(jī)剪切模式，更適合小批量生產(chǎn)模式的產(chǎn)品加工。