高強板自由折彎缺陷原因分析及解決措施

隨著整車輕量化和碰撞安全性的提高，高強度鋼板在汽車行業(yè)中的應用逐漸增多。目前，高強板折彎件主要應用于汽車底盤中的結構件。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，且與鈑金件一一對應，模具開發(fā)成本較高，適用于結構較復雜的鈑金件；另一種是折彎機折彎，該方法折彎模具無需與鈑金件一一對應，通過調整折彎工藝和折彎機行程，可實現(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，適用于結構簡單的鈑金件。

高強鋼在折彎機上用自由折彎方式進行折彎時，由于板料性能、設備狀態(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)濟上的損失。本文針對高強鋼在自由折彎形式下的主要缺陷類型進行了分析，并提出了相應的改進措施和對策。
折彎開裂

當折彎內(nèi)R角小到一定數(shù)值后，板料外側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。在高強鋼材質折彎件試制初期，折彎開裂缺陷頻繁出現(xiàn)，不僅造成了板材的浪費，也影響了項目的正常推進。造成高強鋼折彎件開裂的因素主要有以下幾個方面。

圖1 高強鋼折彎件折彎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性能、板料的纖維方向、板料的表面質量和側邊質量及板料的厚度等有關系。一般情況下，隨著材料強度的升高，塑性會有所下降，材料可采用的最小彎曲半徑就會越大。
此外，冷軋板一般具有各向異性，順著纖維方向的塑性指標大于垂直于纖維方向的指標，因此折彎線與板料纖維方向垂直時，最小彎曲半徑較小。為避免折彎開裂或者產(chǎn)生微裂紋，需要提前預知板料的最小彎曲半徑，如防護鋼BP500（屈服強度不小于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致開裂，在數(shù)模審查階段需要重點關注折彎半徑與材料最小彎曲半徑的關系以及折彎線與板料纖維方向的關系。
折彎線定位方式

在折彎過程中，需要對折彎線進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床擋塊定位法。

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

當折彎件從模具中取出時，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：材料的力學性能、相對彎曲半徑r/t、彎曲方式、彎曲中心角及折彎件形狀等?；貜椊堑拇笮。c材料的屈服強度、硬化指數(shù)成正比，與彈性模量成反比。防護鋼BP500屈服強度不小于1250MPa，故其回彈趨勢較普板大得多。
提高折彎件精度的主要方法有改變折彎件局部結構、選用屈服強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償法等。由于折彎件造型限制，不能在折彎處增加加強筋，BP500板材折彎回彈主要采用模具補償法進行改善。
表1為試驗所得的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。在進行折彎模具設計時，將BP500板材彎曲中心角為90°時的回彈角14°補償在折彎模具中，對模具進行負角設計，從而對BP500板材的折彎回彈進行優(yōu)化，提高折彎件精度，回彈補償前后折彎下模結構如圖3所示。
表1 BP500板材折彎回彈角與彎曲中心角的關系


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。對孔落料方式進行調整，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BP500材質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。導致折彎件左右兩端折彎角度不一致的原因有：⑴折彎機滑塊到達折彎終點位置時與工作臺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180°即左右端掉頭折彎時，折彎件左右兩端角度差仍存在，且大小值進行了左右調換，推測折彎上模與折彎下模閉合時左右端接觸位置不同。經(jīng)過進一步排查發(fā)現(xiàn)折彎上模工作底面圓弧大小不一致，導致折彎上模安裝底面與工作底面的平行度超差，從而導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，平面度達到0.05mm/m，折彎件左右端折彎角度不一致問題得到解決。
結束語

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

作者簡介
王肖英，工藝主管，工程師，主要從事鈑金件工藝設計、模檢具圖紙審查及模具現(xiàn)場調試等工作。
——來源《鈑金與制作》2018年第5期