厚板件壓彎開裂問題研究

張揚敏

（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結組成，具有足夠的強度和剛度以承受汽車的載重和從車輪傳來的沖擊載荷。橫梁總成的主要作用是聯接左右兩根縱梁，構成一個完整的框架，以保證車架有足夠的扭轉剛度，連接板作為聯接的載體，要求與橫梁和縱梁的連接面貼附，圓角部光滑過渡無裂紋，避免出現應力集中現象。對連接板的質量要求包括孔距、孔邊距、圓角、折彎角度等幾項要求。連接板材料以厚板件為主，在折彎過程中容易產生裂紋現象，本文將從加工設備、工藝模式、工藝裝備、原材料等角度的分析研究，采取針對性措施進行改善，減少和避免壓彎裂紋現象的發生。

1 連接板的工藝現狀及問題

圖1 為我公司設計使用的一款連接板，材料選用510L，料厚為8mm，在折彎過程中存在兩端圓角處開裂現象。我單位的加工流程為：開卷下料-單件矩形坯料—切邊沖孔—折彎，開卷下料和單件矩形坯料為配送中心使用卷料開平剪切方式加工并提供的。彎曲工序使用折彎機或壓彎模具壓彎成型，使用折彎機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。彎曲工序生產中，在壓彎線兩端頭的外圓弧處出現大小不等、深淺不一的裂紋（俗稱彎裂），嚴重時，深度可達料厚的2/3 以上，一般只出現在一端，另一端頭完好，開裂情況見圖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，故后續原因分析與切邊沖孔工序無關。

圖2 開裂情況圖示

2 原因分析及驗證

2.1 原材料性能

圖3 理化性能分析結果

在出現批量性彎裂后，臨時組織了其它廠家坯料保障生產，更換后的坯料未出現開裂現象。其它生產條件均未改變，但出現了不同的結果，我們認為廠家的材料有問題，故從開裂制件上取樣，與未開裂制件的取樣一起進行理化性能分析，結果顯示基體硬度無差異，金相組織正常，開裂件和完好件的材料成分均處于合理的標準要求范圍內。結果見圖3，分析認為：開裂件的性能參數可能正好處于現有加工條件的開裂臨界區間，我們沒有找到相應的影響因素而已。查510L材質的出廠檢測標準中只有這些性能指標，故材料要求暫時無法改變。

2.2 壓彎圓角影響

實際生產中，壓彎產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。按照國家標準JB/T 5109-2001《金屬板料壓彎工藝設計規范》，8毫米厚的510L 板料最小壓彎半徑應不小于10.4 毫米。選擇半徑為R10 的折彎模具試壓，彎裂現象有較大改觀，開裂紋變小，但孔邊變形較大，制件孔徑呈長圓形。

調整折彎參數，在保證制件彎曲角度符合產品公差要求的情況下，調整模具閉合高度，增加和減小上模進入下模的深度，發現對制件的開裂無明顯影響。

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行多批次加工驗證，每個廠家都有彎裂的現象出現。對同一鋼廠不同生產批次材料進行對比驗證，彎裂現象還是存在。

2.4 毛刺大小影響（通過剪切間隙調整）

查《沖壓工藝學》[1]得知，8mm 料厚的正常合理生產間隙為0.09-0.11 倍料厚（即0.72-0.88mm），分別按0.6、0.8、1mm 三種狀態進行剪切間隙調整，對制件的壓彎開裂狀態進行記錄，發現0.8mm 間隙時，制件的毛刺最小，外觀狀態最佳，0.6mm 時，毛刺較小，裂口尺寸變大，1mm 間隙時，剪切斷面質量變差，毛刺較大，壓彎后開裂縫變大。

2.5 毛刺方向影響

對存在問題件進行觀察，壓彎件左右兩端一端有開裂，另一端完好，開裂的一端均為剪切毛刺面朝外的一端。對同一坯料的同一剪切邊，分別進行正反壓制（即毛刺面一次朝外，一次朝內），同樣是毛刺面朝外的圓角處有開裂，毛刺面朝內的那次圓角處過渡光滑，無開裂。

2.6 纖維方向影響

板材軋制時形成了材料的纖維方向，分為平行和垂直兩種不同狀態，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 件進行對比試驗，結果顯示，其它條件相同的情況下，垂直于軋制方向壓彎的開裂狀態與平行于軋制方向壓彎區別不大，無明顯差異。

2.7 材料硬度影響

剪切加工斷面處存在各向應力，會出現冷作硬化現象，開裂可能是冷作硬化原因導致。為此，使用氧乙炔焰對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，對該坯料進行彎曲，剪切毛刺面繼續朝外，完成后制件外圓角過渡光滑，未出現開裂現象。

3 改善措施

3.1 工藝流程改變

坯料在開卷線開卷、分條到成為矩形單件料的過程中，4個外形邊中有兩個相對邊的毛刺面處于同一方向，另兩相對邊為異向。根據這一特點，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，區別制件的加工方向，保證在壓彎時，毛刺面一致的邊統一壓在圓角內部，按此要求執行后，再未發現有開裂的現象出現。

3.2 對壓彎棱線倒角

在出現彎裂現象后，對開裂端頭部位毛刺面進行打磨倒角，分別按2*45°、3*45°、4*45°三種大小狀態加工各50件后壓彎，模具圓角使用R10，查看彎裂發生現象。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°的均未發現有開裂現象。壓彎對比結果見圖4、圖5。

圖4 微小裂紋

圖5 無裂紋

3.3 加工模式改變

剪板機為直線刃口，無法實現曲線外形的加工。為了適應部分曲線外形產品的加工需要，使用等離子切割或激光切割方式加工外形，該部分產品在壓彎后未出現開裂現象。對前面出現開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開裂現象。

4 結束語

經過以上分析及試驗驗證，原因基本歸結為剪切加工產生應力和冷作硬化現象造成壓彎開裂，加之壓彎圓角與材料料厚比值較小，部分材料性能處于開裂與不開裂的臨界范圍附近，造成的彎裂現象，在現有工藝模式條件下，優先考慮增大壓彎圓角進行改善，在尺寸受限無法增大情況下，可考慮將兩端壓彎毛刺加工成一致狀態并通過工藝安排將毛刺面壓彎在成型圓角內側，避免壓彎開裂現象發生；這屬于提前策劃，事前預防，效果表現明顯。

對于圓角無法加大，兩端頭毛刺面無法同一方向，壓彎存在開裂的，可考慮將開裂一側壓彎線處加熱，釋放剪切應力，或者對壓彎線處毛刺面倒角3*45°以上，通過增加工藝流程，保證產品質量；這算是一種補救措施，屬于事后預防，會造成一定的損失和浪費。

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對產品外形的加工。這種模式也屬于事前預防，只是加工效率不如剪板機高，加工成本高于剪板機剪切模式，更適合小批量生產模式的產品加工。