CN101357383B - 汽车油箱托架拉伸时防开裂的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的汽车油箱托架拉伸时防开裂的控制方法，具体是：先在屈服强度允许的范围内对汽车油箱托架的材料进行多次拉伸，在每次拉伸时让材料得到应有的应力释放，以防止其在薄弱的地方开裂或断裂，从而制成汽车油箱托架；本发明通过对汽车油箱托架冲压成形工艺过程的改进，可以较好地解决了该产品的加工开裂问题，并且具有操作简单、产品质量得到保证和可以降低成本等优点。

Description

汽车油箱托架拉伸时防开裂的控制方法

技术领域

本发明涉及油箱托架领域，特别是涉及汽车油箱托架拉伸时防开裂的控制方法。

背景技术

长期以来迅达公司在生产油箱托架时，其成形后的产品出现开裂现象如右图，为弥扑这一缺陷，不得不增加焊接、打磨工序，即用焊接的方法把裂纹处焊接起来，接着用打磨的方法把焊接瘤去除，以达到表面光滑美观的目的。故其生产的托架存在以下不足：

1.由于在压制过程中金属材料处于急剧的变形之中，材料的内应力分布很不均，再用成型夹具强制的把裂口合拢并使之焊接起来，其内应力分布不均现象更为严重。导致的结果是：产品的硬度加强，而强度及韧性急剧下降，其后果是当托架受到冲击或疲劳载荷时，内应力失去平衡，造成产品破裂或断裂。

2.由于要修补产品裂口，额外增加了工装夹具及打磨成本，尤其是大大增加了人工成本。

3.工艺上无法释放加工所产生的内应力，产品质量下降。

4.工人的生产环境差。因为工人长期处于砂轮的巨大噪音和砂轮的粉尘之间。

经检索：在1993年第4期《客车技术》期刊上，有一篇“汽车油箱托架冲压工艺方案分析”(作者：丹东汽车制造厂，高梅兰)，其主要内容：叙述油箱托架冲孔的工艺方法，没有涉及油箱托架拉伸成型的内容。目前还未查到汽车油箱托架防开裂的控制方法的有关文献。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：基于油箱托架弯曲开裂原因和变形条件，提供一种新型加工方法，以控制汽车油箱托架拉伸时开裂。

本发明认为，油箱托架弯曲成形时开裂有以下的主要原因：

1.板料弯曲过程中中性层的内移及板料厚度的减薄：

板料塑性弯曲时，由于径向压应力σr的作用，使板料拉、压两区切向应力στ的分布性质发生了显著的变化，外区拉应力的数值小于内区的压应力。因此拉、压两区的分界线——中性层必将位于剖面重心之下，使拉区扩大，压区减小。只有这样才能满足弯曲静平衡条件，使作用在板料剖面上力的总和为零。

弯曲过程中中性层内移的大小取决于板料的相对弯曲半径。板料的相对弯曲半径愈小，径向压应力σr的作用愈显著，拉、压两区切向应力的数值相差也愈悬殊，因此中性层的位置必将更加靠近弯曲的曲率中心，从而造成更加显著的中性层的内移。

弯曲过程中不仅使板料中性层内移，而且引起整个板料出现变薄。这是由于弯曲时，拉区使板料减薄，压区使板料增厚.中性层向内移动，拉区扩大，压区缩小。

由于材料处于拉伸状态，根据塑性变形体积不变条件，板料的减薄必将大于板料的加厚，因此整个板料出现变薄现象，而且相对弯曲半径愈小，变薄现象越严重。

2.变形区板料长度的增加和垂直弯曲线方向上的拉裂：

拉区的扩大和压区的减小，使宽板变形区的平均长度增加。变形区长度的增加恰好与厚度的减小成反比。相对弯曲半径愈小，板料变形区的增长量愈大。弯曲时，伴随变形中性层内移，外区与中性层的距离增大，虽然外区边缘的拉应力小于内区边缘的压应力，但由于拉伸的本质决定的变形易于出现晶内损伤，出现空洞进一步扩展、贯通形成微裂纹，所以拉伸使外区边缘的应变首先出现裂纹，尽管此时外区边缘的应力并未达到变形毛坯开始出现颈缩强度极限应力，所以导致板料的外边缘首先被拉裂。一般而言，拉裂是因为切向应力的作用结果，因此裂纹与折弯线的方向一致。

3.油箱托架弯曲开裂原因：

对拉伸后的油箱托架板料毛坯进行一次性弯曲成形，出现上如图1所示的弯曲开裂问题，这是由于以下两个方面的原因造成的：

1)托架一次性弯曲成形，其弯曲变形服从弯曲过程的应力—应变规律。

在外区边缘受到的拉应力最大，板料减薄，以及板料受拉易于出现晶内损伤，形成空洞并扩展、贯通所致。

2)拉伸后的油箱托架板料毛坯的弯曲成形速度，使材料的塑性随成形速度的增大而降低。这是因为：

第一，金属塑性变形时，晶体的位错运动、滑移面由不利方向向有利方向转动等都需要时间。如果变形速度增大，塑性变形来不及在变形区域的整个体积内均匀地传播开来，从而使油箱托架弯曲成形毛坯金属的实际应力提高，塑性降低。

第二，变形速度增大，会使加工硬化及位错受阻而易于形成显微裂口。

第三，变形速度增大，热效应的作用使油箱托架弯曲毛坯的温度升高到热脆区，也会导致塑性降低。

本发明基于油箱托架弯曲开裂原因的分析，结合变形条件和具体工艺进行试验，来验证分析的正确性，并且纳入实际应用。

1.变形条件是油箱托架在成形过程中的重要影响因素：

金属的塑性不是固定不变的，它受到许多内在因素和外部条件的影响。油箱托架的材料已经确定为Q235(碳素结构钢)，其材料内在因素对塑性成形的影响不再发生变化，但是随着外部条件的改变，其冲压毛坯的塑性成形性能还是可以得到改善。

在影响油箱托架冲压毛坯塑性的温度、变形速度和变形程度等几个主要外部条件中，冲压成形在常温下进行，变形程度又必须达到所制成产品的程度。因此，变形速度是在不改变现有设备、模具的条件下，解决加工过程中的开裂问题唯一可以改变的变形条件。

2.改善变形条件可以避免成形过程中的开裂：

由于设备和模具一定，冲压加工速度的改变可以通过改变与凸模相连的液压机构工作速度来实现。如果有效地调整液压系统对凸模的动作驱动，油箱托架的冲压成形速度就得到相应的改变，这样就可能改善板料的成形性能，从而解决冲压成形的开裂问题。

这是因为：由plc控制压力机的工作参数，从而决定油箱托架的弯曲变形速度。在此速度范围内，板料的塑性随变形速度的提高而降低。如果变形速度相对降低，使得晶体的位错运动、滑移面由不利方向向有利方向转化以及加工硬化导致的屈服强度提高，将使变形在整个变形体积内传播等都有充足的时间，从而可以提高板料的塑性性能，有效避免毛坯在成形过程中的开裂。

3.改进成形条件、避免开裂的试验：

为提高产品质量.验证改变成形速度避免油箱托架弯曲开裂方法的有效性，考虑成形过程中加工硬化的影响，在不改变现有模具、设备和工艺的条件下，进行了试验。具体方法是将原来的一次性弯曲90°成形分为5次成形5次停顿保压、3次成形3次停顿保压、2次成形2次停顿保压和1次成形1次保压。由试验结果(表1)可知，只要对托架毛坯分多次弯曲成形进行停顿保压，就可以较好地完全避免弯曲成形开裂问题的发生。

油箱托架变型时，由于拉伸量较大，且各部分变形的程度不同，变形后在金属内部产生残余应力也不相同。特别是转角处残余应力集中，这时如不及时释放应力，当在外力的作用下可能超过材料的屈服强度，从而产生裂纹，或者是在交变载荷下引起表面的疲劳破坏。为了消除裂纹必须使材料得到应力释放，那么其液压机床的工作过程势必是：下压——上升—应力释放—再下压——再上升—应力释放—反复多次——成型保压——上升。这一过程根据材料的变形程度，由PLC适时的控制油压机的运行，达到材料的适时应力释放。

本发明按下述技术方案解决其技术问题：先在屈服强度允许的范围内对汽车油箱托架的材料进行多次拉伸，在每次拉伸时让材料得到应有的应力释放，从而制成汽车油箱托架。

本发明综合运用板料塑性成形原理和板料冲压成形规律，对油箱托架冲压成形的拉伸、弯曲工序进行了改进。通过对油箱托架冲压成形成型工艺过程的改进和实验，较好地解决了该产品的加工开裂问题。并且具有以下的主要优点：

1.将传统的一次性拉伸改为多次拉伸，可使产品质量得到保证，成型后的托架没有裂纹，并提升了一个台阶。

2.从成本上来看，节约了大量的人力和物力。

3.从控制过程来看，使用先进的PLC(可编程控制器)控制技术，来控制液压机的动作，从而控制上模安上述动作顺序进行动作，可提升设备的生产能力，降低工人强度。

4.操作简单，同时可根据生产适时装况及材料状况进行调整，以满足生产的需要，

5.可对操作工的安全起保护作用。

附图说明

图1是利用现有技术对拉伸后的汽车油箱托架毛坯进行一次性弯曲成形所示的开裂示意图。

具体实施方式

本发明提供的汽车油箱托架拉伸时防开裂的控制方法，其基于：托架材料具有一定的屈服强度，当在拉伸时超过了其屈服强度，那么材料就会在薄弱的地方开裂，严重时会出现断裂，与此同时，材料在拉伸过程中，如果存在应力集中，或拉伸时速度过快，材料跟不上应变变形，此时材料也会产生开裂现象，故此需使材料在屈服强度范围内拉伸时，让材料得到应有的应力释放，需对汽车油箱托架毛坯在压制成形时，进行有步骤的应力释放。

本发明提供的汽车油箱托架拉伸时防开裂的控制方法，具体是：先在屈服强度允许的范围内对汽车油箱托架的材料进行多次拉伸，在每次拉伸时让材料得到应有的应力释放，以防止其在薄弱的地方开裂或断裂，从而制成无开裂的汽车油箱托架。

对汽车油箱托架的材料可以进行3～5次拉伸，或者依实际情况而定。

下面结合具体压制毛坯的方法对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

在对汽车油箱托架的材料即工件进行拉伸时，凸模下行采用包括以下步骤的方法：

凸模下行压制工件弯曲18～25度，后凸模上行离开工件，让工件的材料应力释放0.8～1.2秒钟；

凸模下行压制工件弯曲36～45度，后凸模上行离开工件，让工件的材料应力释放0.8～1.2秒钟；

凸模下行压制工件弯曲54～65度，后凸模上行离开工件，让工件的材料应力释放0.8～1.2秒钟；

凸模下行压制工件弯曲72～80度，后凸模上行离开工件，让工件的材料应力释放0.8～1.2秒钟；

凸模下行压制工件弯曲90～95度，后凸模保压2～5秒，上行离开工件，凸模回到原位；

然后，凹模顶出工件，即完成汽车油箱托架的加工。

采用本发明提供的方法，只要对工件分多次弯曲成形进行停顿保压，就可以较好地完全避免弯曲成形开裂问题的发生。其试验结果可参见表1。

附表

表1

成形次数	实验次数	一次弯曲角度	保压时间(s)	破损率(％)
					5	300	18°	1	0
3	500	30°	1	0
					2	500	15°	1	20
1	1000	90°	1	60

Claims (1)

1.汽车油箱托架拉伸时防开裂的控制方法，其特征是：先在屈服强度允许的范围内对汽车油箱托架的材料进行多次拉伸，在每次拉伸时让材料得到应有的应力释放，从而制成汽车油箱托架；在对汽车油箱托架的材料即工件进行拉伸时，凸模下行采用包括以下步骤的方法：

凸模下行压制工件弯曲18～25度，凸模上行离开工件，让工件的材料应力释放0.8～1.2秒钟；

凸模下行压制工件弯曲36～45度，凸模上行离开工件，让工件的材料应力释放0.8～1.2秒钟；

凸模下行压制工件弯曲54～65度，凸模上行离开工件，让工件的材料应力释放0.8～1.2秒钟；

凸模下行压制工件弯曲72～80度，凸模上行离开工件，让工件的材料应力释放0.8～1.2秒钟；

凸模下行压制工件弯曲90～95度，凸模保压2～5秒，上行离开工件，凸模回到原位；

然后，凹模顶出工件，即完成汽车油箱托架的加工。

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