高強(qiáng)板自由折彎缺陷原因分析及解決措施

2018-06-05 23:37:57· 來源：王肖英，劉莉鈑金與制作

隨著整車輕量化和碰撞安全性的提高，高強(qiáng)度鋼板在汽車行業(yè)中的應(yīng)用逐漸增多。目前，高強(qiáng)板折彎件主要應(yīng)用于汽車底盤中的結(jié)構(gòu)件。鈑金折彎有兩種方法：一種是沖壓折彎，這種折彎方法需要折彎模具與板料完全貼合，且與鈑金件一一對(duì)應(yīng)，模具開發(fā)成本較高，適用于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的鈑金件；另一種是折彎機(jī)折彎，該方法折彎模具無需與鈑金件一一對(duì)應(yīng)，通過調(diào)整折彎工藝和折彎機(jī)行程，可實(shí)現(xiàn)折彎模具柔性化生產(chǎn)，滿足不同折彎件需要，模具開發(fā)成本較低，適用于結(jié)構(gòu)簡單的鈑金件。

高強(qiáng)鋼在折彎機(jī)上用自由折彎方式進(jìn)行折彎時(shí)，由于板料性能、設(shè)備狀態(tài)、折彎工藝參數(shù)等因素產(chǎn)生各種各樣的缺陷，從而降低生產(chǎn)效率，造成經(jīng)濟(jì)上的損失。本文針對(duì)高強(qiáng)鋼在自由折彎形式下的主要缺陷類型進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施和對(duì)策。
折彎開裂

當(dāng)折彎內(nèi)R角小到一定數(shù)值后，板料外側(cè)縱向材料可能因變形過大而使折彎件R角處出現(xiàn)開裂或者微裂紋，如圖1所示。在高強(qiáng)鋼材質(zhì)折彎件試制初期，折彎開裂缺陷頻繁出現(xiàn)，不僅造成了板材的浪費(fèi)，也影響了項(xiàng)目的正常推進(jìn)。造成高強(qiáng)鋼折彎件開裂的因素主要有以下幾個(gè)方面。

圖1 高強(qiáng)鋼折彎件折彎R角處開裂
彎曲半徑

防止外層纖維拉裂的極限彎曲半徑稱為最小彎曲半徑。最小彎曲半徑與材料的力學(xué)性能、板料的纖維方向、板料的表面質(zhì)量和側(cè)邊質(zhì)量及板料的厚度等有關(guān)系。一般情況下，隨著材料強(qiáng)度的升高，塑性會(huì)有所下降，材料可采用的最小彎曲半徑就會(huì)越大。
此外，冷軋板一般具有各向異性，順著纖維方向的塑性指標(biāo)大于垂直于纖維方向的指標(biāo)，因此折彎線與板料纖維方向垂直時(shí)，最小彎曲半徑較小。為避免折彎開裂或者產(chǎn)生微裂紋，需要提前預(yù)知板料的最小彎曲半徑，如防護(hù)鋼BP500（屈服強(qiáng)度不小于1250MPa）彎曲半徑不小于4倍的料厚，且折彎線必須垂直于板料纖維方向。為避免折彎件因折彎半徑過小導(dǎo)致開裂，在數(shù)模審查階段需要重點(diǎn)關(guān)注折彎半徑與材料最小彎曲半徑的關(guān)系以及折彎線與板料纖維方向的關(guān)系。
折彎線定位方式

在折彎過程中，需要對(duì)折彎線進(jìn)行定位以保障折彎件的精度。傳統(tǒng)手工線的定位方式主要有手工或者激光劃線定位法、工藝缺口定位法和機(jī)床擋塊定位法。

圖2 高強(qiáng)板折彎件工藝缺口處開裂
在對(duì)BP500板材進(jìn)行折彎試制過程中，采用工藝缺口定位法時(shí)，折彎件在定位缺口處出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象，如圖2所示。對(duì)板料進(jìn)行缺口處理后，原本光順的料邊形狀出現(xiàn)急劇變化，缺口處應(yīng)力集中，對(duì)板料進(jìn)行折彎時(shí)，缺口處材料的應(yīng)力值將率先達(dá)到強(qiáng)度極限，產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。這也說明，BP500板材采用折彎工藝時(shí)對(duì)材料表面質(zhì)量和側(cè)邊質(zhì)量有較高的要求，表面不得有裂紋、劃傷或者側(cè)邊有毛刺、缺口等缺陷。因此，BP500板材不能采用工藝缺口定位方式進(jìn)行折彎定位，應(yīng)優(yōu)先采用板料無損傷的機(jī)床擋塊定位方式進(jìn)行折彎。
折彎回彈

當(dāng)折彎件從模具中取出時(shí)，發(fā)生了彎曲角和彎曲半徑與模具不一致的現(xiàn)象，稱為彎曲回彈。影響折彎件回彈的主要因素有：材料的力學(xué)性能、相對(duì)彎曲半徑r/t、彎曲方式、彎曲中心角及折彎件形狀等。回彈角的大小，與材料的屈服強(qiáng)度、硬化指數(shù)成正比，與彈性模量成反比。防護(hù)鋼BP500屈服強(qiáng)度不小于1250MPa，故其回彈趨勢(shì)較普板大得多。
提高折彎件精度的主要方法有改變折彎件局部結(jié)構(gòu)、選用屈服強(qiáng)度小而彈性模量大的材料、用校正彎曲代替自由彎曲及模具補(bǔ)償法等。由于折彎件造型限制，不能在折彎處增加加強(qiáng)筋，BP500板材折彎回彈主要采用模具補(bǔ)償法進(jìn)行改善。
表1為試驗(yàn)所得的BP500板材在折彎半徑為20mm，彎曲中心角分別為90°、120°和135°時(shí)的折彎回彈角度。從表中可以看出，彎曲中心角越大，回彈量越大。在進(jìn)行折彎模具設(shè)計(jì)時(shí)，將BP500板材彎曲中心角為90°時(shí)的回彈角14°補(bǔ)償在折彎模具中，對(duì)模具進(jìn)行負(fù)角設(shè)計(jì)，從而對(duì)BP500板材的折彎回彈進(jìn)行優(yōu)化，提高折彎件精度，回彈補(bǔ)償前后折彎下模結(jié)構(gòu)如圖3所示。
表1 BP500板材折彎回彈角與彎曲中心角的關(guān)系

圖3 折彎下模示意圖
折彎件型面翹曲

部分折彎件由于造型要求，在折彎線附近有尺寸較大的孔，如圖4（a）所示。在孔落料完成后進(jìn)行折彎，折彎件靠近孔位置的型面翹曲，影響其他零部件安裝。對(duì)孔落料方式進(jìn)行調(diào)整，大孔局部沖出，保留部分連接帶，如圖4（b）所示，折彎完成后再將孔的剩余部分加工出來，此方法可以顯著改善型面翹曲問題，提高折彎件型面平面度，保證了零部件的安裝。

圖4 折彎件大孔落料方式
折彎件左右兩端折彎角度不一致

在對(duì)BP500材質(zhì)折彎件折彎過程中發(fā)現(xiàn)，部分折彎線較長的折彎件存在左右兩端折彎角度不一致的現(xiàn)象。導(dǎo)致折彎件左右兩端折彎角度不一致的原因有：⑴折彎機(jī)滑塊到達(dá)折彎終點(diǎn)位置時(shí)與工作臺(tái)平面的平行度超出公差；⑵上模的安裝面與工作底面的平行度超出公差；⑶折彎下模的V形槽與安裝底面的平行度超出公差；⑷被折板料的厚度左右端不一致等。
將折彎下模旋轉(zhuǎn)180°即左右端掉頭折彎時(shí)，折彎件左右兩端角度差仍存在，且大小值進(jìn)行了左右調(diào)換，推測(cè)折彎上模與折彎下模閉合時(shí)左右端接觸位置不同。經(jīng)過進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)折彎上模工作底面圓弧大小不一致，導(dǎo)致折彎上模安裝底面與工作底面的平行度超差，從而導(dǎo)致折彎角度左右不一致。通過將折彎上模工作底面圓弧再加工，平面度達(dá)到0.05mm/m，折彎件左右端折彎角度不一致問題得到解決。
結(jié)束語

綜上所述，在對(duì)高強(qiáng)板進(jìn)行自由折彎時(shí)，需要首先試驗(yàn)獲得其最小彎曲半徑和回彈趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上保證折彎機(jī)精度、模具精度和板料厚度的一致性，再對(duì)折彎機(jī)自由折彎工藝進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，如定位方式的優(yōu)化等，就可有效減少高強(qiáng)板折彎件缺陷，提高產(chǎn)品合格率。