浅析冲压件外缘翻边开裂原因及解决措施

摘要：在汽车零部件制造中，后地板左、右纵梁作为高强度厚板梁类零件的代表，其模具比较复杂，生产中翻边易出现边缘破裂问题，严重影响零件的工艺质量。本文结合我公司生产的X7后地板右纵梁零件在OP30外缘翻边出现的开裂缺陷，分析翻边开裂的原因，并提出工艺改进和模具修整方案。最后通过生产，验证分析结果的准确性和修模的有效性，为零件的设计和现场生产时解决其余零件类似问题提供参考。

关键词：后地板右纵梁；翻边开裂；影响因素；工艺改进.

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.

在板料的沖压成形中，由于制品形状及装配的需要，零件必须进行曲面的翻边。翻边除了满足零件的焊接和装配等搭接功能外，还能增加零件的刚性和强度，又能使制件边缘光滑，但是曲面的翻边在实际的生产过程中容易导致制件边缘产生开裂，影响产品质量。冲压件的翻边质量主要受工艺设计、材料成形性能、板料形状和尺寸、模具状态和各种工艺参数的影响，并且这些因素相互制约、相互耦合[1]。作为高强度厚板梁类零件的代表，后地板右纵梁结构复杂且需多道工序制造而成，存在拉延、翻边、整形和侧整形等成形工序。现以我公司生产的X7后地板右纵梁（图1）为例，对其在OP30翻边时边缘开裂（图2）进行分析，并提出工艺改进及模具维修方案。

1 后地板右纵梁翻边形式及分析

翻边是指在坯料的平面部分或曲面部分上，利用模具作用，使之沿封闭或不封闭的曲线边缘形成有一定角度的直壁或凸缘的成型方法，按其变形性质可以分为直线翻边、伸长类翻边和压缩类翻边[2]。伸长类曲面翻边是指坯料或零件的曲面部分，沿其边缘向曲面的曲率中心相反的方向翻起竖边的成形方法，而压缩类曲面翻边是指坯料或零件的曲面部分，沿其边缘向曲面的曲率中心方向翻起竖边的成形方法[3]。伸长类翻边的特点是坯料变形区内，主要在切向拉应力的作用下产生切向的伸长变形，边缘容易拉裂；压缩类翻边的特点是变形区主要为切向受压，变形过程中材料最易起皱。由零件设计图可知，该零件的翻边类型属典型伸长类曲面翻边。

图3为后地板右纵梁OP30翻边上模模具结构，在翻边成形过程中存在翻边和侧整两个功能。翻边时板料在凸模作用下沿凹模圆弧变形，在变形处板料受到切向拉应力、径向拉应力和垂直拉应力三向拉应力的作用，在翻边过程中板料发生了切向伸长、径向和厚向减薄的变形，当板料变形超出其极限变形程度或变形区域应力超过其极限应力时，板料会沿径向发生开裂。Keeler提出的成形极限图概念描述了板料在发生缩颈前所能承受的最大局部塑性变形[4]。

2 翻边开裂影响因素分析及解决方案

2.1 材料影响

X7后地板右纵梁使用材质为HC340/560DP，规格为18mm*1300mm*570的宝钢材料。当材料性能存在差异，材料的抗拉性能降低，延伸率下降，易使零件拉延后已经接近材料的变形极限，造成零件减薄较大，若后续再翻边则使其超过了该材料的临界值，造成零件减开裂。当差异较小时，出现缩颈或隐裂；差异较大时，出现较大开裂。选用抗拉强度、屈服强度和伸长率合理且性能稳定的板材是最好的选择。

2.2 修边时毛刺大

修边毛刺大与修边刀块间隙和刃口是否崩缺及刃口垂直度有较大关系。当长期使用时，模具刃口存在磨损、钝缺或者偏移，易使修边产生毛刺，见图4（1）。翻边成形前修边工序件该区域毛刺大，该工序件刃口处断裂面上、下裂纹不重合，翻边时在拉应力的作用下，由于应力集中，不断拓展撕裂出现裂口，见图4（2）。

通过现场堆焊刀块，修配凸凹模刃口垂直度，保持凸凹模刃口中心线重合并研配刃口间隙解决。通常情况下刃口间隙为料厚的4%15%，对于高强度厚板，修边刃口间隙往稍大取值，间隙取值为料厚的12%。

2.3 修边线不合理，翻边处形状有突变

翻边成形时，当翻边高度越高或者底部圆弧半径过小时，切向应变增大，零件易失稳，当应变超过材料极限时零件被拉裂。所以，边缘处修边线存在突变或者拐角，修边线不合理、过渡不光滑时，翻边时极易在该处产生局部应力集中而使零件失稳拉裂。此时应修改修边线，开裂区域修边下模刃口往内挖051.5mm（数据见5（2）），上模刃口对应补焊（见图5（1）），修边曲线过渡圆滑并修整凸、凹模刃口间隙合理。

2.4 前序工件拉痕或翻边镶块拉毛

当零件拉延时工序件已有拉痕或工件表面粘有杂质、翻边镶块硬度低或者表面粗糙时，翻边时易由于粘着磨损和磨粒磨损造成零件较深拉痕甚至从此处撕开，每生产一定数量就需现场抛光，否则零件会撕裂报废。首先对照制件找出模具的相应拉毛的位置，用油石将模具相应的位置推顺，镶块圆角圆滑过渡并适当加大，用砂纸将模具推顺部位进行抛光，对模具拉延镶块和翻边镶块分别进行TD处理（见图4（1））和PVD处理（见图4（2）），增加镶块硬度和耐磨性。

2.5 翻边镶块间隙太小，R角设计不合理

在翻边过程中，翻边镶块间隙和R角过小或者不均匀，成型时板料流动走料受阻，模具与材料接触产生应力应变较大，翻边变形区域易开裂，此时应修整翻边镶块的凸、凹模间隙直至合适并增大R角或打磨光顺后进行PVD处理。

3 结论

通过以后地板右纵梁为例，从材料、修边毛刺、修边线、拉痕、翻边镶块间隙及R角等方面对其边缘翻边开裂进行分析查找原因，并相应的提出解决后地板右纵梁边缘翻边开裂的方案。其中对于高强度厚板，冲裁间隙和翻边间隙取稍大值，修边线修改以降低翻边高度、增大底部圆弧半径光滑过渡为主，拉延镶块和翻边镶块进行表面TD和PVD处理等。这为后续解决其余零件的类似问题提供参考。

参考文献：

[1]王义林，郑金桥，李志刚.汽车覆盖件冲压工艺方案优化设计评价模型研究[J].机械科学与技术，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.实用冲压工艺及模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

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

作者简介：刘杰（1988），男，初级职称，现于江铃控股有限公司冲压厂从事工艺质量工程师。