淺析沖壓件外緣翻邊開裂原因及解決措施

摘要：在汽車零部件制造中，后地板左、右縱梁作為高強(qiáng)度厚板梁類零件的代表，其模具比較復(fù)雜，生產(chǎn)中翻邊易出現(xiàn)邊緣破裂問題，嚴(yán)重影響零件的工藝質(zhì)量。本文結(jié)合我公司生產(chǎn)的X7后地板右縱梁零件在OP30外緣翻邊出現(xiàn)的開裂缺陷，分析翻邊開裂的原因，并提出工藝改進(jìn)和模具修整方案。最后通過生產(chǎn)，驗證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和修模的有效性，為零件的設(shè)計和現(xiàn)場生產(chǎn)時解決其余零件類似問題提供參考。

關(guān)鍵詞：后地板右縱梁；翻邊開裂；影響因素；工藝改進(jìn).

Causing analysis and countermeasure of stamping

parts edge flanging Cracking

Liujie

Jiangling holding co.，LTDJiangXi NanChang330022

Abstract：

In the manufacture of automobile parts，the left and right longitudinal beam of the rear floor is the representative of the high strength thick-walled plate beam parts，The molding is more complicated， it is easy to cause edge cracking in production， which seriously affects the process quality of the parts.In this paper，my？company X7 right rear floor siding member of cracking defects flange，Causing analysis and countermeasure of flanging deformation zone and the reasons for cracking，the issue of process improvement and mold repair program.At last， through the production verify the accuracy of analysis results and the validity of the model， and provide reference for the design of the parts and soluting of the similar problems in the field production.

Key words：Right rear floor siding member；flanging Cracking；influencing factor；process improvement.

在板料的沖壓成形中，由于制品形狀及裝配的需要，零件必須進(jìn)行曲面的翻邊。翻邊除了滿足零件的焊接和裝配等搭接功能外，還能增加零件的剛性和強(qiáng)度，又能使制件邊緣光滑，但是曲面的翻邊在實際的生產(chǎn)過程中容易導(dǎo)致制件邊緣產(chǎn)生開裂，影響產(chǎn)品質(zhì)量。沖壓件的翻邊質(zhì)量主要受工藝設(shè)計、材料成形性能、板料形狀和尺寸、模具狀態(tài)和各種工藝參數(shù)的影響，并且這些因素相互制約、相互耦合[1]。作為高強(qiáng)度厚板梁類零件的代表，后地板右縱梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜且需多道工序制造而成，存在拉延、翻邊、整形和側(cè)整形等成形工序。現(xiàn)以我公司生產(chǎn)的X7后地板右縱梁（圖1）為例，對其在OP30翻邊時邊緣開裂（圖2）進(jìn)行分析，并提出工藝改進(jìn)及模具維修方案。

1 后地板右縱梁翻邊形式及分析

翻邊是指在坯料的平面部分或曲面部分上，利用模具作用，使之沿封閉或不封閉的曲線邊緣形成有一定角度的直壁或凸緣的成型方法，按其變形性質(zhì)可以分為直線翻邊、伸長類翻邊和壓縮類翻邊[2]。伸長類曲面翻邊是指坯料或零件的曲面部分，沿其邊緣向曲面的曲率中心相反的方向翻起豎邊的成形方法，而壓縮類曲面翻邊是指坯料或零件的曲面部分，沿其邊緣向曲面的曲率中心方向翻起豎邊的成形方法[3]。伸長類翻邊的特點是坯料變形區(qū)內(nèi)，主要在切向拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生切向的伸長變形，邊緣容易拉裂；壓縮類翻邊的特點是變形區(qū)主要為切向受壓，變形過程中材料最易起皺。由零件設(shè)計圖可知，該零件的翻邊類型屬典型伸長類曲面翻邊。

圖3為后地板右縱梁OP30翻邊上模模具結(jié)構(gòu)，在翻邊成形過程中存在翻邊和側(cè)整兩個功能。翻邊時板料在凸模作用下沿凹模圓弧變形，在變形處板料受到切向拉應(yīng)力、徑向拉應(yīng)力和垂直拉應(yīng)力三向拉應(yīng)力的作用，在翻邊過程中板料發(fā)生了切向伸長、徑向和厚向減薄的變形，當(dāng)板料變形超出其極限變形程度或變形區(qū)域應(yīng)力超過其極限應(yīng)力時，板料會沿徑向發(fā)生開裂。Keeler提出的成形極限圖概念描述了板料在發(fā)生縮頸前所能承受的最大局部塑性變形[4]。

2 翻邊開裂影響因素分析及解決方案

2.1 材料影響

X7后地板右縱梁使用材質(zhì)為HC340/560DP，規(guī)格為18mm*1300mm*570的寶鋼材料。當(dāng)材料性能存在差異，材料的抗拉性能降低，延伸率下降，易使零件拉延后已經(jīng)接近材料的變形極限，造成零件減薄較大，若后續(xù)再翻邊則使其超過了該材料的臨界值，造成零件減開裂。當(dāng)差異較小時，出現(xiàn)縮頸或隱裂；差異較大時，出現(xiàn)較大開裂。選用抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率合理且性能穩(wěn)定的板材是最好的選擇。

2.2 修邊時毛刺大

修邊毛刺大與修邊刀塊間隙和刃口是否崩缺及刃口垂直度有較大關(guān)系。當(dāng)長期使用時，模具刃口存在磨損、鈍缺或者偏移，易使修邊產(chǎn)生毛刺，見圖4（1）。翻邊成形前修邊工序件該區(qū)域毛刺大，該工序件刃口處斷裂面上、下裂紋不重合，翻邊時在拉應(yīng)力的作用下，由于應(yīng)力集中，不斷拓展撕裂出現(xiàn)裂口，見圖4（2）。

通過現(xiàn)場堆焊刀塊，修配凸凹模刃口垂直度，保持凸凹模刃口中心線重合并研配刃口間隙解決。通常情況下刃口間隙為料厚的4%15%，對于高強(qiáng)度厚板，修邊刃口間隙往稍大取值，間隙取值為料厚的12%。

2.3 修邊線不合理，翻邊處形狀有突變

翻邊成形時，當(dāng)翻邊高度越高或者底部圓弧半徑過小時，切向應(yīng)變增大，零件易失穩(wěn)，當(dāng)應(yīng)變超過材料極限時零件被拉裂。所以，邊緣處修邊線存在突變或者拐角，修邊線不合理、過渡不光滑時，翻邊時極易在該處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中而使零件失穩(wěn)拉裂。此時應(yīng)修改修邊線，開裂區(qū)域修邊下模刃口往內(nèi)挖051.5mm（數(shù)據(jù)見5（2）），上模刃口對應(yīng)補(bǔ)焊（見圖5（1）），修邊曲線過渡圓滑并修整凸、凹模刃口間隙合理。

2.4 前序工件拉痕或翻邊鑲塊拉毛

當(dāng)零件拉延時工序件已有拉痕或工件表面粘有雜質(zhì)、翻邊鑲塊硬度低或者表面粗糙時，翻邊時易由于粘著磨損和磨粒磨損造成零件較深拉痕甚至從此處撕開，每生產(chǎn)一定數(shù)量就需現(xiàn)場拋光，否則零件會撕裂報廢。首先對照制件找出模具的相應(yīng)拉毛的位置，用油石將模具相應(yīng)的位置推順，鑲塊圓角圓滑過渡并適當(dāng)加大，用砂紙將模具推順部位進(jìn)行拋光，對模具拉延鑲塊和翻邊鑲塊分別進(jìn)行TD處理（見圖4（1））和PVD處理（見圖4（2）），增加鑲塊硬度和耐磨性。

2.5 翻邊鑲塊間隙太小，R角設(shè)計不合理

在翻邊過程中，翻邊鑲塊間隙和R角過小或者不均勻，成型時板料流動走料受阻，模具與材料接觸產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變較大，翻邊變形區(qū)域易開裂，此時應(yīng)修整翻邊鑲塊的凸、凹模間隙直至合適并增大R角或打磨光順后進(jìn)行PVD處理。

3 結(jié)論

通過以后地板右縱梁為例，從材料、修邊毛刺、修邊線、拉痕、翻邊鑲塊間隙及R角等方面對其邊緣翻邊開裂進(jìn)行分析查找原因，并相應(yīng)的提出解決后地板右縱梁邊緣翻邊開裂的方案。其中對于高強(qiáng)度厚板，沖裁間隙和翻邊間隙取稍大值，修邊線修改以降低翻邊高度、增大底部圓弧半徑光滑過渡為主，拉延鑲塊和翻邊鑲塊進(jìn)行表面TD和PVD處理等。這為后續(xù)解決其余零件的類似問題提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]王義林，鄭金橋，李志剛.汽車覆蓋件沖壓工藝方案優(yōu)化設(shè)計評價模型研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2006，25（2）：181183.

[2]Zhang Guohua.Analysis and optimization of sheet flanging and hemming processes[D].Phd.University of Michigan，2001.

[3]楊玉英，崔令江.實用沖壓工藝及模具設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4]Keeler P.Circular Grid SysremA Valuable aid for evaluating sheet metal formability[J].SAE trans.，1968，（680092）：371379.

作者簡介：劉杰（1988），男，初級職稱，現(xiàn)于江鈴控股有限公司沖壓廠從事工藝質(zhì)量工程師。