轿车侧围外板冲压开裂原因浅析 时间: 2025-08-25 05:14:42 |   作者: 产品中心

  侧围外板用IF镀锌钢板冲压成形,生产中常常会出现批量冲裂。既影响生产又造成经济损失.

  开裂部位在三角窗中部(C柱),.零件断面形状像多级阶梯,开裂部位在第一阶梯的中部,长大约200mm左右,裂纹两端有10~20mm的清晰可见的暗裂带.钢板厚度0.8mm,.断口处只

  0.2mm.厚,钢板减簿到原来的四分之一.零件该处有三个台阶四个弯角,形状相当复杂,这一个位置拉延系数也最大,一次拉延成形,弯角处同时拉延和弯曲,角外侧受到多重拉应力。该板材的屈服强度比材质检验证明书中数值高50~60MPa,所以多重拉应力使钢板迅速变薄,以满足不断成形的需要,如不能及时得到其它部位金属塑性流的补充,钢板越来越薄,当拉应力超过板材允许抗拉强度时,板材迅速失稳,最终开裂。

  一拉伸曲线:对开裂零件在部位取样做拉伸试验.,拉伸曲线无明显异常,但非比例屈服强度R都升高,估计比原来提高50~60MPa,参见拉伸曲线。

  IF镀锌钢板在冲压过程中会形成大量位错线堆积,使变形阻力加大.就是冷作硬化.使屈服

  另一个原因是IF镀锌板中有微量的强碳化物形成元素Ti和Nb,,生成TiC、TiN和NbC和NbN,将超低碳IF钢中的C和N吸收光,成为纯铁素体,使γ值达1.8~2.2,有很低的屈服强度.同时碳氮化物聚集于晶界,阻止铁素体晶粒长大,细化了铁素体晶粒,增加塑性变形的滑移系.冷轧成形的IF钢板在以后的780~820℃保温55(6)秒的连续退火过程中,部分TiC和NbC出现回溶现象,即会再溶解成Ti和C或,,和,原子,这些碳原子存在于晶界,在长期放置过程中,晶界上的碳原子扩散到晶粒内部,形成间隙式固溶体,这些碳原子对位错线起钉扎作用,增加位错运动的摩擦阻力实现固溶强化,使屈服强度再提高

  退火、正火、调质状态的碳钢和低合金结构钢都存在物理屈服,降落,现象。在应力应变拉伸曲线上出现上下屈服点和屈服平台,并伴随着时效硬化效应。低碳钢板冷冲压后由于

  屈服平台而使变形不均匀,表面呈现桔皮状。在钢中加入铝、钛形成ALN和TIC,固定碳和氮原子的活动,使冲压时移动位错增加,能够大大减少此现状,另外冷轧板出厂前须经过1~2,微量轧下量,不但会使屈服平台消失.而且还在表明产生无数小微坑,存储冲压润滑油与冲压磨损细铁屑,

  IF钢板是无间隙原子钢。拉伸曲线不应该出现屈服平台。冷冲压后零件的物理屈服降落现象的出现,是位错增殖和柯氏气团堵塞的结果,退火的低碳钢板中虽然位错密度很高,但可移动位错很少,大多数位错线被钢中C、,原子所钉扎,被柯氏气团所阻挡,在拉伸试验时,为了适应宏观变形速率,拉伸试验机夹头运动速度,的要求,必须提高位错运动速度,也就是加大外应力,当屈服达最大数值时,可移动位错急剧增大,此时,为适应原宏观变形速率,拉伸试验机夹头运动速度,的要求,又必须要大幅度的降低位错运动速度,与此相应的外应力也应急剧下降,于是出现了明显的屈服下降现象,这就是屈服强度出现拐点下降的微观机制,

  造成屈服拐点宏观现象的原因可能是钢板放置时间过长,没有冲压,出现应变时效效应,使可移动位错减少,重新出现高于原屈服强度的屈服平台,并出现上下屈服点.

  那么拉伸曲线中为什么抗拉强度没有明显升高呢,因为金属塑性变形和形变硬化是保证金属均匀塑性变形的先决条件。即啥地方发生塑性变形啥地方就立即强化,使该处继续变形困难,而将变形转移到较容易进行的地方。这样变形、强化、再变形、再强化交互作用,使金属发生均匀的塑性变形,变形位置的转移减低了硬化叠加作用的效果,所以抗拉强度(b)增加不明显.随着变形程度的继续增加,拉伸形变硬化能力,硬化因子n,ds/dε逐渐减小,再继续拉伸变形时,形变强化作用将跟不上形变速度的发展,即形变强化作用不能将变形转移到别处,导致该处瞬时应力增大,试样这时失稳,以致该处截面积减小,单位面积应力加大,变形速度加快,导致缩颈直到断裂。

  生产工人所指暗裂就是隐性微小裂纹。它的特征是金属基体没有完全分离,但已被.拉伸,明显变薄.表面有明显凹痕.一般开裂件的裂纹两端有较长的暗裂带。

  凸凹模园角半径过小,凸凹摸间隙过小.凸摸有棱角线,凸摸和坯料接触面积过小,拉延阻力过大.坯料局部胀形变形过大,拔摸斜度过小等,都是冲压件产生暗裂的因素.所以在摸具设计时应最大限度地考虑上面的因素.保证凸凹摸的工作面所有部位都能接触,一次冲压成形件不应有凸摸接触不到的死角和死区.要保证开始拉延时不但凸摸与坯料接触面积大,而且应尽量接近冲摸中心.根据板厚度确定模具压弯圆角半径。另外摸具表面应有细的粗糙度.并保持良好润滑.

  控制主油缸压力,成形速度不宜过快.因为拉延时金属原子结合的库伦力(金属键)被拉断,原子移动到新的位置和其他原子要建立新的平衡,成形速度过快使位移的原子来不及和附近的原子建立新的金属键而平衡,如压边力再过大,不能形成金属塑性流动,变簿的金属得不到补充,则很快形成暗裂,再继续拉延,很快开裂.合理的控制压边形状和压边力,使压料面各部位阻力均匀适度.保证塑性流动畅通,可减少开裂.

  一般应大于1.5t,t—是板材厚度.曲面形状在拉延方向的实际深度应浅一些,各处深度应均匀,形状尽量简单对称,以及变化尽量平缓.增加拉伸次数,降低拉延深度.开工艺孔和工艺切口.压料面各部位进料阻力要均匀,防止拉深过程中坯料经凸摸顶部窜动,产生拉裂或起皱.要保证凸摸对应两侧的材料拉入角尽量相等.这些措施都可有很大效果预防暗裂.

  钢板化学成分差异,加工工艺操作不正确,造成组织架构缺陷,机械性能不合格等是引起开裂的宏观和微观原因.

  钢中的硫化物、氧化物、硅酸盐或复合夹杂物超标.他们割裂金属基体,起到微观裂口的作用.

  铁素体晶粒过细,杭拉强度过高,使冲压性能恶化,晶粒过粗大,轻则表面产生桔皮,重则开裂.断口粗造不平,呈石榴状.

  三次渗碳体是板材退火冷却到500度以下时,冷却速度极缓慢,铁素体中过饱和的碳以渗碳体的形式在铁素体的晶界析出,形成颗粒状、条状、网状的游离渗碳体,游离渗碳体硬、脆、不变形,阻碍拉延变形,破坏金属基体的连续性,造成应力集中,板材塑性极低,拉延时容易沿晶界开裂,断口呈锯齿形。

  带状组织是铁素体和珠光体相间交替的条带组织.。因为铁素体和珠光体的机械性能不

  钢坯热轧温度过高,冷却过快,在基体析出铁素体。铁素体按一定晶面取向排列成片状、细条状、针状分布在晶界或插入晶内。降低塑性和韧性。拉应力低于屈服强度就会开裂。

  钢材碳含量增加,珠光体量增多,抗拉强度提高,硬度上升,塑性指标下降。 同时,碳含量增加渗碳体(Fe3C)增多,并沿晶界分布,恶化冲压性能。板材中的Mn和Si要严控,否则,强度提高太多,塑性下降明显。不利冲压。 同样,含碳量过低,屈服强度过低,延伸率太大.在拉应力下过快变薄,其它部位金属来不及补充也会过早开裂,

  钢板表面的划痕、发纹、折叠、麻点、气泡、氧化皮等超过国家规定标准,冲压时这些缺陷形成缺口效应,加快冲压裂纹的形成.

  钢材在冶炼和浇注过程中,大量内在和外来的非金属夹杂物未能清除干净,随着压延拉长,层状分布在金属内部,破坏金属基体的连续性.使强度和塑性都降低.极易产生冲压裂纹.

  钢板拉伸时,应力在屈服的点附近, 出现垂直于拉伸方向或与拉伸方向呈45~60度的条纹溢出线.这就是屈服平台线.线越长滑移线越严重。是在相同应力作用下,钢板各处不同时、不均匀变形引起的。退火后的冷轧板经过1~1.5%冷轧平整后则可消除滑移线。在拉延时滑移线)钢板的织构

  织构是钢材冶炼结晶时铁原子沿着特定的晶面擇优取向排列,使钢板性能出现方向性。冲裁方向不正确的坯料,会形成冲压裂纹。但硅钢片利用织构的方向性获得最大磁性能。

  造成开裂的根本原因是钢板压库时间太长,未能执行先进先出的仓储管理规定.超过钢厂规定的保质期,产生应变硬化,使屈服强度显著提升,出现屈服拐点,在形状复杂三角窗部位(C

  1钢板入库仓储一般不超过三个月.严格执行仓储管理各项规定.执行质量责任制和质量问责制.

  2采取降低主油缸压力和压边力的措施,就是降低成形速度,使变薄的部位得到补缩.保证运动着的铁原子不停地在新位置建立相对来说比较稳定的金属键.才能减少冲压件的开裂,

  本人情况, 原南京汽车制造厂热处理研究员级高级工程师。现在吉利上海华普汽车研究院材料科,负责轿车零件设计选材和热处理技术方面的要求的辅导和审核。曾出版过“热处理技师手册” , “简明热处理工手册”等多本热处理专著大约250万字。