修紅芳 王斌

摘 要：對(duì)屈服強(qiáng)度為700MPa級(jí)超高強(qiáng)度大梁鋼在沖壓過(guò)程中出現(xiàn)的嚴(yán)重開裂進(jìn)行分析，結(jié)果表明沖壓工藝孔位置及工藝孔內(nèi)斷面裂紋是大梁板沖壓開裂裂紋源產(chǎn)生的主要原因， 超高強(qiáng)度大梁板沖壓或剪切斷口易產(chǎn)生層狀裂紋傾向與材料厚度中心珠光體帶狀組織有關(guān)， 超高強(qiáng)度大梁折彎變形區(qū)域在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免出現(xiàn)工藝沖孔。根據(jù)這一主要原因，制定了改進(jìn)沖孔的模具間隙，工藝路徑以及減孔移孔等措施，有效地解決了新材料成型大批量開裂問題。

關(guān)鍵詞：新材料;沖壓;開裂;工藝孔;加工工藝

0 引言

隨著對(duì)汽車輕量化、節(jié)能環(huán)保及安全性能的高要求，汽車零件越來(lái)越多地采用高強(qiáng)度鋼板。輕量化是最主要措施，使用屈服強(qiáng)度700MPa級(jí)大梁鋼代替345MPa級(jí)大梁鋼，可以減重20%左右。公司也逐漸使用高強(qiáng)度大梁板來(lái)對(duì)縱梁材料進(jìn)行升級(jí)換代，以降低縱梁厚度和車輛自重。本文所述材料即為公司試用的一種屈服強(qiáng)度為700MPa級(jí)超高強(qiáng)度大梁鋼，在試沖壓過(guò)程中，大梁出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，現(xiàn)從材料的物理性能，化學(xué)性能及工藝路徑等方面來(lái)分析形成開裂的原因，并制定相關(guān)的措施來(lái)解決開裂問題。

1 新材料縱梁開裂形貌

從開裂式樣宏觀形貌來(lái)看，開裂狀態(tài)分兩種，一種為從孔到邊緣全部撕裂，另一種為孔邊緣處存在裂紋。

2 影響零件開裂的主要因素：材料因素和工藝因素

沖壓開裂是鋼板在使用過(guò)程中的常見缺陷。要經(jīng)過(guò)彈性變形→均勻塑性變形→分散性失穩(wěn)→集中性失穩(wěn)這幾個(gè)階段才產(chǎn)生破裂。不同變形條件下，各材料影響因素和工藝影響因素對(duì)材料的極限變形能力影響程度差異很大，相同因素在不同條件下的影響也大不相同。

3 材料性能檢測(cè)分析結(jié)果

材料參數(shù)是影響零件成形極限的重要指標(biāo)，其主要參數(shù)包括化學(xué)成分、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等。為確定材料對(duì)開裂問題的影響，做了試驗(yàn)，由化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果看，QSTE700TM各元素化學(xué)成分均滿足寶鋼技術(shù)條件要求。

3.1 力學(xué)性能檢測(cè)

（1）力學(xué)性能。拉伸力學(xué)性能完全滿足技術(shù)條件要求，超高強(qiáng)度鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到770MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到840MPa，延伸率在21.5%以上，且冷彎表面無(wú)裂紋，說(shuō)明該材料在具有超高強(qiáng)度的同時(shí)具有高的塑性。

（2）拉伸試樣斷口形貌。斷口發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重分層現(xiàn)象，其中最嚴(yán)重處為試樣斷口約厚度中心部位，產(chǎn)生整條撕裂，側(cè)面裂紋擴(kuò)展約10mm。

3.2 組織和夾雜物檢測(cè)

開裂區(qū)域和正常區(qū)域金相組織和非金屬夾雜物檢測(cè)分析結(jié)果如下。

（1）正常區(qū)域試樣檢測(cè)結(jié)果：組織為鐵素體，中心區(qū)域有珠光體條帶，存在混晶組織，非金屬夾雜物主要為少量細(xì)系氧化鋁類和球化的細(xì)系氧化物類夾雜，級(jí)別很低均為0.5級(jí)，說(shuō)明此鋼鋼水純凈度高，且夾雜物球化變性效果明顯。

（2）開裂區(qū)域檢測(cè)結(jié)果：試樣上有數(shù)條與表面不連通的裂紋，裂紋內(nèi)未見夾雜，裂紋附近組織為鐵素體。

4 分析和討論

從以上分析可以看出：試樣化學(xué)成分中P、S含量低，且鋼中非金屬夾雜物級(jí)別低，鋼水純凈度高，排除了非金屬夾雜物引起沖壓開裂因素。力學(xué)性能檢測(cè)和冷彎試驗(yàn)表明試樣強(qiáng)度高塑性好。大梁折彎變形另一側(cè)未沖孔，未發(fā)生開裂，進(jìn)一步說(shuō)明沖孔及工藝孔內(nèi)斷口裂紋是大梁發(fā)生開裂的裂紋源。

5 解決方案

5.1 大梁板材由型號(hào)QSTE700更改為QSTE650

QSTE650材料相對(duì)于QSTE700的延伸率有較大的提高，且強(qiáng)度降低了50MPa，采用QSTE650的材料來(lái)代替QSTE700。

5.2 調(diào)節(jié)數(shù)控機(jī)床的沖裁間隙

結(jié)合計(jì)算合理間隙計(jì)算公式和合理間隙表把數(shù)控沖機(jī)床的凸凹模間隙由2mm改為1.8mm。

5.3 縱梁加工工藝改進(jìn)

新材料縱梁翻身沖孔成型：等離子切割機(jī)下料切割外形——數(shù)控沖機(jī)床板材翻身沖孔——6000噸油壓機(jī)板材翻身成型。

（1）翻身沖孔成型。調(diào)整沖孔方向和板料成型方向，即翻身成型，使沖孔毛刺在凸模一側(cè)，光亮帶在凹模一側(cè)。

5.4 減孔和移孔

成形過(guò)程中，板材受力變形的位置主要集中R角附近，而該位置附近有孔，或者孔位距離R角較近時(shí)容易發(fā)生拉伸開裂問題。開裂的位置一般在沖孔處，然后延伸。規(guī)定孔邊到腹面或者翼面的距離必須大于或者等于額定值，避免在縱梁變形區(qū)存在孔，盡量減少拉應(yīng)力對(duì)孔的影響，消除變形區(qū)孔對(duì)成型開裂的影響。

6 結(jié)論

新材料成形開裂問題是影響縱梁輕量化實(shí)施的重要因素，逐一排查影響縱梁開裂的因素，最終確定主要因素為：孔加工工藝因素，即沖孔及工藝孔內(nèi)斷口裂紋是大梁發(fā)生開裂的裂紋源。此外，材料的強(qiáng)度過(guò)高，延伸率低也是成形開裂的另一原因。針對(duì)問題的根源制定如下措施：

（1）運(yùn)用性能相近的QSTE650材料代替QSTE700高強(qiáng)度板。

（2）調(diào)節(jié)數(shù)控機(jī)床的沖裁間隙，把數(shù)控機(jī)床的沖裁間隙由原來(lái)的10mm厚*20%=2mm，調(diào)節(jié)為1.8mm，有效地改進(jìn)了孔位斷面質(zhì)量。

（3）縱梁加工工藝改進(jìn)。采用數(shù)控沖機(jī)床翻身沖孔成型的方式，確保成型時(shí)孔內(nèi)的光亮帶向外，撕裂帶向內(nèi)的模式。避免由于孔位斷層引發(fā)的開裂。

（4）減孔和移孔。對(duì)縱梁多余的孔進(jìn)行去除，一方面提高縱梁強(qiáng)度和沖孔效率，另一方面杜絕了孔位對(duì)縱梁成型的影響。以上針對(duì)新材料成型問題的措施，有效地解決了縱梁開裂問題，新材料產(chǎn)品的報(bào)廢率從39.13%逐步降低到零。

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