淺析零件翻邊開裂缺陷及解決辦法

1、淺析零件翻邊開裂缺陷及解決辦法本文針對沖壓零件翻邊成形過程中開裂風(fēng)險與翻邊高度、角度設(shè)置及零件材料選擇的內(nèi)在聯(lián)系方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述，分析了進(jìn)行產(chǎn)品沖壓零件設(shè)計時，各個翻邊結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)對翻邊開裂風(fēng)險的影響程度、產(chǎn)生影響的原因，以及可行的規(guī)避措施，從而指導(dǎo)設(shè)計方案優(yōu)化。在汽車車身沖壓零件的設(shè)計中，兩次翻邊造型是一種非常常見的設(shè)計結(jié)構(gòu)，起到增大零件匹配焊接搭接面以及提高零件強(qiáng)度等作用。但實(shí)際在沖壓零件成形過程中，兩次翻邊結(jié)構(gòu)經(jīng)常會出現(xiàn)翻邊起皺、翻邊疊料以及翻邊開裂等缺陷，造成制件品質(zhì)下降。某些汽車車身關(guān)鍵部位的沖壓零件存在以上問題點(diǎn)時，會造成車身強(qiáng)度降低，甚至危及乘員安全。上述沖壓零件缺陷在產(chǎn)品設(shè)計

2、階段可通過運(yùn)算分析，改善設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)避。本文通過對翻邊開裂缺陷進(jìn)行分析，通過開裂缺陷與翻邊高度、角度設(shè)置及沖壓零件材料選用等設(shè)計參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系，分析沖壓件選擇不同材料時，結(jié)構(gòu)翻邊高度及角度存在的限制，從而盡可能地從設(shè)計階段進(jìn)行優(yōu)化，規(guī)避后期沖壓零件出現(xiàn)開裂缺陷的風(fēng)險。采用的翻邊結(jié)構(gòu)如圖1所示，在沖壓件設(shè)計中，通常采用的翻邊結(jié)構(gòu)主要有三種：第一，制件普通平板部位邊緣翻邊；第二，制件折彎同時兩面的邊緣并向內(nèi)翻邊；第三，制件折彎同時兩面的邊緣均并向外翻邊。對于折彎并向內(nèi)的翻邊結(jié)構(gòu)，我們通常采用的成形工藝是先折彎成形，后凸緣面翻邊成形。通常產(chǎn)生的制件缺陷是第二次翻邊導(dǎo)致凸緣面部位產(chǎn)生起皺。折彎并向外

3、的翻邊結(jié)構(gòu)，通常有兩種成形方式：一種是如圖2所示的拉延后翻邊工藝，采用此種工藝的制件在后翻邊的凸緣面上易出現(xiàn)翻邊起皺缺陷；另一種成形方式是如圖3所示的先一次翻邊后再二次折彎成形工藝，采用此種工藝的制件在先翻邊的凸緣面上易出現(xiàn)二次折彎部位料邊邊緣開裂缺陷。本文主要針對先一次翻邊后再二次折彎成形工藝的折彎并外翻邊結(jié)構(gòu)（見圖3，以下簡稱“兩次翻邊”）的開裂缺陷進(jìn)行分析，并探討在設(shè)計階段產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可采取的規(guī)避措施。翻邊開裂的原因造成沖壓件開裂的原因有很多，但是產(chǎn)生的根源在于開裂部位成形時拉伸程度超過了材料所能承受的強(qiáng)度極限，即成形過程材料流動的拉伸量超過了材料允許的最大拉伸率。對用于沖壓生產(chǎn)所用的原材料

4、，不存在材料拉伸。進(jìn)行折彎或者翻邊成形時，緊貼模具凸模面的材料通常也不存在拉伸，所以對于兩次翻邊的結(jié)構(gòu)，分析翻邊邊緣開裂風(fēng)險時，只需要考慮翻邊邊緣的材料拉伸量是否超過了所選材料的最大伸長率。如圖4所示的零件，要分析制件翻邊邊緣是否開裂，只需要計算分析圖示L3對比L1的拉伸量是否超過材料允許的最大拉伸率。折彎后外翻邊結(jié)構(gòu)材料伸張計算某種零件翻邊部位的結(jié)構(gòu)（見圖4），折彎R角尺寸為R1，折彎角度為1；凸緣面向外翻邊R角尺寸為R2，翻邊角度為2。計算翻邊邊緣L3料邊的伸長率，要計算L3料邊的伸長率，就必須計算出L1、L2和L3的長度，則L1=2R1×1 / 360。要計算L2，需

5、確定L2與L1的關(guān)系，因?yàn)長1與L2圓弧均在同一次折彎過程產(chǎn)生，所以將L1與L2所在的假想平面重合后，兩圓弧圓心必然重合，由此運(yùn)用立體幾何計算RL2與R2的關(guān)系即可。圖5中線段O'A、O'B為翻邊R2圓弧切線，夾角為2（即凸緣面向外翻邊夾角）；線段OA、OB為翻邊R2圓弧法線，相交與R2圓弧圓心O點(diǎn)，夾角為3 ；2與3角度互補(bǔ)。將L2與L1所在平面重疊，兩圓弧圓心重合，則：RL2=R1 + lBC3 = 180° - 2lBC = R2 - lOC = R2 - R2 × cos3 = R2 + R2 × cos2RL2 = R

6、1 + lBC = R1 + R2（1+ cos2）L2 = 2RL2 ×1 / 360 = 2 R1 + R2（1+ cos2）×1 / 360如L3部位翻邊高度為h，則L3 = 2RL3×1 / 360 = 2 ×（RL2 + h）×1 / 360 =（L3-L1）/ L1×100% = R2（1+cos2）+h/ R1×100%代入相關(guān)數(shù)值，即可運(yùn)算出，經(jīng)兩次翻邊后，L3部位材料的拉伸率。（以上計算中RL2為圖5所示弧L2的半徑；RL3為圖5所示弧L3的半徑；lBC為圖5所示線段BC長度；lOC為圖5所示線段OC長度）

7、翻邊高度及角度的設(shè)計控制從以上計算得出的拉伸率計算公式可知，經(jīng)兩次翻邊后料邊邊緣拉伸程度，與兩次翻邊時所設(shè)置的翻邊R角大小（即上例R1、R2）、凸緣面的翻邊角度（即上例2）、以及凸緣面折彎部位預(yù)留的直邊段（即上例h）有直接關(guān)系。當(dāng)計算所得拉伸率大于材質(zhì)本身允許的伸長率S時，制件在翻邊成形過程即可能出現(xiàn)邊緣開裂的風(fēng)險，且考慮計算誤差及成形過程中其他因素的影響，應(yīng)考慮增加安全因數(shù)k，即要確保制件經(jīng)兩次翻邊后不出現(xiàn)開裂風(fēng)險，必須滿足：k<S，(k值取決于工裝精度、生產(chǎn)設(shè)備精度、操作過程穩(wěn)定性及制件原材料性能的穩(wěn)定性等)，同時當(dāng)選擇的材料料厚越厚時，按圖4所示的料厚方向，會造成R2值越大，也就是

8、說零件選用材料的料厚越厚，越容易造成零件的兩次翻邊成形過程中出現(xiàn)開裂的風(fēng)險。翻邊開裂風(fēng)險的零件設(shè)計控制在實(shí)際產(chǎn)品零件設(shè)計過程中，凸緣面翻邊角度2與零件間的匹配關(guān)系相關(guān)聯(lián)，設(shè)計時進(jìn)行調(diào)整的可行性很小。凸緣面翻邊R角R2要求取值盡量小，當(dāng)R2值減去材料料厚值后約為25mm時，基本可滿足翻邊要求；且R2取值越小，可使凸緣面有效匹配面積越大，提高產(chǎn)品匹配質(zhì)量。結(jié)合計算公式可知，要減小兩次翻邊時材料的拉伸率值，可行的零件設(shè)計控制措施是降低凸緣面翻邊部位料邊的長度，即降低h值。以及增大折彎R角，即增大R1值，但增大折彎R角易導(dǎo)致出現(xiàn)制件反彈缺陷。結(jié)語兩次翻邊后材料伸長率的計算公式解釋了產(chǎn)生翻邊開裂的理論影響因素，在設(shè)計上可行的控制開裂措施亦與實(shí)際解決此類翻邊開裂缺陷手段一致，即降低兩次翻邊凸緣面折彎部位直線段翻邊高度。實(shí)際沖壓件模具制作及生產(chǎn)過程中，導(dǎo)致制件翻邊開裂的因素很多，但在設(shè)計階段，必須考慮沖壓件材料選擇與翻邊高度、角度等的內(nèi)在聯(lián)系。