CN112045367B - 一种金属板材剪切边滚压强化方法及其制得的板形件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属板材剪切边滚压强化方法及其制得的板形件，其包括：在滚压设备上安装滚轮，驱动所述滚轮移动至接触所述金属板材的剪切边，并使所述滚轮保持沿其移动方向的推力F；驱动所述金属板材沿垂直于所述推力F的方向紧靠所述滚轮移动，同时，所述滚轮对所述剪切边的棱边进行滚压形成倒角，且所述滚轮的滚压面与所述金属板材的板面之间的夹角呈30°～45°。本发明涉及的一种金属板材剪切边滚压强化方法及其制得的板形件，不仅可以去除所述剪切边棱边上的毛刺，还可以使得剪切边厚向减薄，在整个剪切边上形成残余压应力，从而大幅提高板形件剪切边的疲劳强度。

Description

一种金属板材剪切边滚压强化方法及其制得的板形件

技术领域

本发明涉及机械工程领域，特别涉及一种金属板材剪切边滚压强化方法及其制得的板形件。

背景技术

高强度钢板剪切边开裂，可以在两种情形下产生。其一，表现在冲压成形过程中，所谓的钢板凸缘延伸率或扩孔率检测就是为了反映剪切边在冲压过程中的开裂倾向；其二，对于承受较高疲劳载荷的冲压件，剪切边开裂还会在零件的服役过程中产生，此时一般为疲劳断裂模式。

冲压件在服役条件下，起源于剪切边的疲劳寿命或疲劳强度，会大幅低于光滑边，这与剪切边毛刺、剪切边撕裂带微观形貌和应力状态有关，也与材料的疲劳强度缺口敏感性有关，一般材料的抗拉强度越高，材料的敏感系数q越大，也即材料的疲劳强度的缺口敏感性越大。钢板剪切边拉压疲劳裂纹起源于剪切边毛刺或撕裂带，因此，提高剪切边的疲劳强度的途径有：改善冲裁工艺、去毛刺、去除剪切边、喷丸等。

相关技术中，一种滚压去毛刺的方法，其是在滚压装置上设置上碾压轴和下碾压轴，在上碾压轴上安装上辊压轮，在下碾压轴上安装上辊压轮，上、下辊压轮的轴线均与待去毛刺钢板的板面平行，且上、下辊压轮的圆弧表面与钢板的水平板面相切，通过调节上、下碾压轴的相对速度，使钢板待去除毛刺的一侧碾压轴上的滚压轮与钢板运动存在速度差，来去除钢板的毛刺。

但是，这种去毛刺的方法由于辊压轮的轴线与钢板的板面平行，且辊压轮的表面与钢板的板面相切，只能将钢板上突出其板面的毛刺压弯，倒伏于钢板的板面或者剪切边的表面，这样可以阻止疲劳裂纹起源于毛刺，但不能防止裂纹起源于剪切边的撕裂带。

发明内容

本发明实施例提供一种金属板材滚压强化方法及其制得的板形件，以解决相关技术中不能防止裂纹起源于剪切边的撕裂带的问题。

第一方面，提供了一种金属板材剪切边滚压强化方法，用于对金属板材的剪切边进行强化，其包括以下步骤：在滚压设备上安装滚轮，驱动所述滚轮移动至接触所述金属板材的剪切边，并使所述滚轮保持沿其移动方向的推力F；驱动所述金属板材沿垂直于所述推力F的方向紧靠所述滚轮移动，同时，所述滚轮对所述剪切边的棱边进行滚压形成倒角，且所述滚轮的滚压面与所述金属板材的板面之间的夹角呈30°～45°。

一些实施例中，所述在滚压设备上安装滚轮，驱动所述滚轮移动至接触所述金属板材的剪切边，并使所述滚轮保持沿其移动方向的推力F，具体包括：通过液压油缸驱动所述滚轮移动至接触所述金属板材的剪切边后，使所述滚轮一直保持所述推力F。

一些实施例中，所述推力F的大小为2～4吨。

一些实施例中，所述金属板材的上下两侧分别对称设有所述滚轮，上侧的所述滚轮的滚压面与下侧的所述滚轮的滚压面之间的夹角呈60°～90°。

一些实施例中，所述滚轮滚压面的最大半径小于所述剪切边棱边的曲率半径。

一些实施例中，所述滚轮对所述剪切边的棱边进行滚压形成倒角，且所述滚轮的滚压面与所述金属板材的板面之间的夹角呈30°～45°，具体包括：控制所述倒角的宽度范围为0.4～2.5mm，所述倒角的倾斜角度为30°～45°，且所述板面与所述倒角连接处无凸起。

一些实施例中，所述滚轮的硬度为45～65HRC。

第二方面，提供了一种采用上述的金属板材剪切边滚压强化方法制得的板形件，其包括：板面；位于所述板面一侧的剪切边，所述板面与所述剪切边通过所述倒角连接。

一些实施例中，所述倒角的宽度范围为0.4～2.5mm，且所述倒角的倾斜角度为30°～45°。

一些实施例中，所述板面与所述倒角连接处无凸起。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种金属板材剪切边滚压强化方法及其制得的板形件，由于所述滚轮施加有与所述金属板材移动方向垂直的推力F，当所述金属板材沿垂直于所述推力F的方向紧靠所述滚轮移动，所述滚轮可以对所述剪切边的棱边进行滚压形成具有一定宽度的倒角，使得所述棱边上的毛刺倒伏，可以减小所述棱边处尖角效应导致的应力集中；在倒角形成的过程中，剪切边厚向减薄，并沿板面方向伸长，倒角形成后，弹性恢复，在两个倒角和倒角之间的剪切面上形成残余压应力，随着倒角尺寸的增加，残余压应力区域将覆盖整个剪切边；同时所述滚轮的滚压面与所述金属板材的板面之间的夹角呈30°～45°，可以保证所述滚轮在对所述棱边进行滚压的过程中，所述棱边处的板材材料向所述剪切边方向流动，有利于在所述剪切边上残余压应力的形成。残余压应力的形成，可以抵消部分外加载荷形成的拉应力，阻止疲劳裂纹的起源，从而起到强化所述剪切边的作用。因此，所述金属板材剪切边滚压强化方法不仅可以去除所述剪切边棱边上的毛刺，还可以使得所述剪切边在所述金属板材的厚度方向上减薄，在整个所述剪切边上形成残余压应力，从而大幅提高板形件剪切边的疲劳强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种金属板材剪切边滚压强化方法所使用的滚轮的结构示意图；

图2为图1中金属板材与滚轮接触处的放大示意图；

图3为本发明实施例提供的一种板形件的结构示意图；

图4为板形件未经过滚压时在体式显微镜下的低倍放大图；

图5为本发明实施例提供的板形件滚压较小倒角后在体式显微镜下的低倍放大图；

图6为本发明实施例提供的板形件滚压较大倒角后在体式显微镜下的低倍放大图；

图7为本发明实施例提供的板形件滚压30°倒角后在体式显微镜下的低倍放大图。

图中：1、滚轮；11、滚压面；2、金属板材；21、板面；211、上板面；212、下板面；22、剪切边；23、倒角；231、第一倒角；232、第二倒角。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种金属板材剪切边滚压强化方法及其制得的板形件，其能解决相关技术中不能防止裂纹起源于剪切边撕裂带的问题。

参见图1所示，为本发明实施例提供的一种金属板材剪切边滚压强化方法，用于对金属板材2的剪切边22进行强化，其包括以下步骤：

步骤1：在滚压设备上安装滚轮1，驱动所述滚轮1移动至接触所述金属板材2的剪切边22，并使所述滚轮1保持沿其移动方向的推力F。

参见图1和图2所示，在一些可选的实施例中，于步骤1中，所述滚轮1可以设置有两个，且上下对称设置，每一所述滚轮1可以绕其中心轴线转动，上侧的所述滚轮1的轴线与下侧的所述滚轮1的滚压面之间的夹角可以呈60°～90°，且所述滚轮1的滚压面11可以是圆柱形或者圆锥形，每一所述滚轮1的硬度可以为45～65HRC，防止所述滚轮1早期磨损。

参见图1所示，在一些实施例中，于步骤1中，在安装完所述滚轮1之后，可以将所述金属板材2放置在开卷线上，并且，所述金属板材2的剪切边22以上下两个所述滚轮1的对称平面为基准对中。

参见图1所示，在一些实施例中，于步骤1中，所述在滚压设备上安装滚轮1，驱动所述滚轮1移动至接触所述金属板材2的剪切边22，并使所述滚轮1保持沿其移动方向的推力F，具体可以包括：可以通过液压油缸或减速电机驱动两个所述滚轮1同时移动至接触所述金属板材2的剪切边22后，停止移动所述滚轮1，且使所述滚轮1一直保持所述推力F，所述推力F的大小可以为2～4吨。

步骤2：驱动所述金属板材2沿垂直于所述推力F的方向紧靠所述滚轮1移动。

参见图1和图2所示，在一些可选的实施例中，于步骤2中，所述金属板材2可以是长方形的，且所述金属板材2可以通过开卷线驱动沿垂直于所述推力F的方向移动，本实施例中，所述金属板材2可以是自左向右移动的，且所述金属板材2在未开始移动之前，所述金属板材2的前端延伸至所述滚轮1的右侧，当所述金属板材2开始移动后，所述滚轮1左侧的所述金属板材2向右移动，所述滚轮1对左侧的所述金属板材2进行滚压。

参见图1、图2和图3所示，在一些实施例中，于步骤2中，在所述金属板材2移动的同时，所述滚轮1可以对所述剪切边22的棱边进行滚压形成倒角23，且所述滚轮1的滚压面11与所述金属板材2的板面21之间的夹角呈30°～45°，具体的，当所述金属板材2在移动的过程中，所述金属板材2的剪切边22可以竖直夹设于上下两个滚压面11之间，使所述剪切边22上侧的棱边(应理解，所述棱边就是所述剪切边22与所述板面21相连接的边)与上侧的滚压面11接触，所述剪切边22下侧的棱边与下侧的滚压面11接触，由于摩擦力的作用，随着所述金属板材2的移动，所述滚轮1被带动绕其轴线转动，且由于所述滚轮1施加有与所述金属板材2移动方向垂直的所述推力F，所述滚轮1在绕其轴线转动的同时，还会对所述棱边进行挤压，使所述滚压面11对所述棱边滚压形成倒角23，通过控制所述推力F的大小可以保证所述棱边被滚压后形成的所述倒角23具有一定的宽度，并且所述剪切边22在竖直方向的厚度有一定的减少，本实施例中，所述金属板材2优选厚度为8mm，强度为700MPa级的热轧大梁板，经过滚压优化后的所述倒角23的宽度范围为0.4～2.5mm；并且所述滚压面11在对所述棱边进行滚压的过程中，上侧的所述滚压面11与所述金属板材2的上板面211之间的夹角可以呈30°～45°，下侧的所述滚压面11与所述金属板材2的下板面212之间的夹角也可以呈30°～45°，可以保证滚压过程中所述棱边处的板材材料向剪切边流动，而非在水平方向上向上板面211或者下板面212流动，可以在所述剪切边22上形成残余压应力，同时能够保证所述剪切边22上的残余压应力形成和大小，也就是说，在所述剪切边22上靠近所述倒角23处的残余压应力较大，远离所述倒角23处的残余压应力依次减小，可以防止所述剪切边22上出现残余拉应力，并且保证滚压后所述倒角23的倾斜角度(即α1、α2)范围为30°～45°。

参见图1所示，在一些实施例中，于步骤2中，所述滚压面11的最大半径必须小于所述剪切边22棱边的最小曲率半径，具体的，当所述金属板材2为平板时，所述棱边为直线，当所述金属板材2为弯曲板(也就是说所述金属板材2的板面21向上凹陷或者向下凹陷)时，所述棱边为曲线，并且，所述滚压面11的最小半径根据要求的强度和刚度设计。

参见图5、图6和图7所示，在一些实施例中，在所述滚压面11对所述棱边进行滚压后，所述上板面211与上侧的所述倒角23连接处无凸起，且所述下板面212与下侧的所述倒角23连接处无凸起，当所述倒角23的宽度较小时，在所述倒角23上以及所述倒角23附近区域产生压应力，随着所述倒角23宽度的加大，压应力区域扩大至整个所述剪切边22，达到最佳强化效果，对于不同材料、不同强度等级的板材，所述剪切边22对应的滚压强化最优的所述倒角23宽度和所述剪切边22厚度减少量，需要通过实验确定，并不一定相同。

本实施例中，选用厚度为8mm，强度为700MPa级热轧大梁板，对所述大梁板的剪切边22进行了系列上述滚压强化方法试验，并且，经过滚压后进行了拉压疲劳试验，结果如表1。为了比较所述剪切边22滚压强化方法的效果，表中同时列出了光滑面试样和剪切边22未滚压试样的疲劳强度。并且，经过试验验证，当所述滚压面11与所述金属板材2的板面21夹角大于45°时，所述金属板材2的棱边材料流向板面21，不利于所述剪切边22上残余压应力的形成，甚至导致残余张应力；当所述滚压面11与所述金属板材2的板面21夹角过小，小于30°时，会导致所述棱边的压缩变形区域过大，容易导致所述棱边被滚压后形成波浪起伏不平整的边缘，或者使所述棱边向上或者向下弯曲，导致所述金属板材2的板形变差；并且滚压后，所述剪切边22不是内凹而是向外凸出，导致所述剪切边22的表面形成残余张应力。

表1

参见图3所示，为本发明实施例提供的一种采用上述的金属板材剪切边22滚压强化方法制得的板形件，所述板形件也就是上述的金属板材经过滚压后的制品，其包括：板面21；位于所述板面21一侧的剪切边22，所述板面21与所述剪切边22通过所述倒角23连接。

参见图3所示，在一些实施例中，所述板面21可以包括上板面211与下板面212，所述上板面211与所述下板面212上下平行，且所述剪切边22位于所述上板面211与所述下板面212之间，所述倒角23可以包括第一倒角231和第二倒角232，所述上板面211与所述剪切边22的上端可以通过所述第一倒角231连接，所述下板面212与所述剪切边22的下端可以通过所述第二倒角232连接，所述第一倒角231与所述第二倒角232的结构可以相同，且关于所述板形件的水平中心线上下对称设置，所述第一倒角231和所述第二倒角232的宽度范围均可以为0.4～2.5mm，且所述第一倒角231的倾斜角度α1可以为30°～45°，所述第二倒角232的倾斜角度α2可以为30°～45°。

参见图4所示，为板形件未进行滚压时，在体式显微镜下的低倍放大图，此时所述上板面211与所述剪切边22的上端相连接，且所述上板面211与所述剪切边22大致垂直设置，所述下板面212与所述剪切边22的下端相连接，且所述下板面212与所述剪切边22大致垂直设置，参见图5、图6和图7所示，当所述板形件经过滚压后，所述上板面211与上侧的所述第一倒角231的连接处无凸起，且所述下板面212与下侧的所述第二倒角232的连接处无凸起；所述剪切边22可以向所述板形件内凹陷成弧形，当所述第一倒角231和所述第二倒角232的宽度均为0.4mm时(参见图5所示)，所述剪切边22向内凹陷的幅度较小，当所述第一倒角231和所述第二倒角232的宽度均增加至2.3mm，也就是所述倒角23为45°时(参见图6所示)，可以明显看到所述剪切边22的横截面为圆弧形；参见图7所示，为滚压倒角23是30°时，所述板形件在体式显微镜下的低倍放大图。

本发明实施例提供的一种金属板材剪切边滚压强化方法及其制得的板形件的原理为：

由于所述滚轮1施加有与所述金属板材2移动方向垂直的推力F，当所述金属板材2的剪切边22接触所述滚轮1时，所述滚轮1可以对所述剪切边22的棱边进行滚压形成具有一定宽度的倒角23，使得所述棱边上的毛刺倒伏，可以减小所述棱边处尖角效应导致的应力集中；在倒角形成的过程中，剪切边厚向减薄，并沿板面方向伸长，倒角形成后，弹性恢复，在两个倒角和倒角之间的剪切面上形成残余压应力，随着倒角尺寸的增加，残余压应力区域将覆盖整个剪切边；由于所述滚轮1的滚压面11与所述金属板材2的板面21之间的夹角呈30°～45°，可以保证所述滚轮1在对所述棱边进行滚压的过程中，所述棱边处的板材材料向垂直于所述金属板材2板面21的方向流动，有利于所述剪切边22上残余压应力的形成，可以抵消部分外加载荷形成的拉应力，阻止疲劳裂纹的起源，从而起到强化所述剪切边22的作用，因此，所述金属板材剪切边滚压强化方法不仅可以去除所述剪切边22棱边处的毛刺，还可以使得剪切边22厚向减薄，在整个剪切边22上形成残余压应力，从而大幅提高板形件剪切边22的疲劳强度。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种金属板材剪切边滚压强化方法，用于对冲裁或剪切形成的金属板材(2)的剪切边(22)进行强化，其特征在于，其包括以下步骤：

在滚压设备上安装上下两个滚轮(1)，驱动两个所述滚轮(1)移动至接触所述金属板材(2)的剪切边(22)的棱边后，停止移动所述滚轮(1)，并使所述滚轮(1)一直保持沿其移动方向的推力F，其中，所述推力F的大小为2～4吨；

驱动所述金属板材(2)沿垂直于所述推力F的方向紧靠所述滚轮(1)移动，同时，

所述滚轮(1)对所述剪切边(22)的棱边进行滚压形成倒角(23)，使所述剪切边(22)的棱边处的板材材料向所述剪切边(22)流动，并在所述剪切边(22)上形成残余压应力，随着倒角(23)尺寸的增加，残余压应力区域覆盖整个所述剪切边(22)，且所述滚轮(1)的滚压面(11)与所述金属板材(2)的板面(21)之间的夹角呈30°～43°，控制所述倒角(23)的宽度范围为0.4～2.5mm，所述倒角(23)的倾斜角度为30°～43°，且所述板面与所述倒角(23)连接处无凸起。

2.如权利要求1所述的金属板材剪切边滚压强化方法，其特征在于，所述在滚压设备上安装滚轮(1)，驱动所述滚轮(1)移动至接触所述金属板材(2)的剪切边(22)，并使所述滚轮(1)保持沿其移动方向的推力F，具体包括：

通过液压油缸驱动所述滚轮(1)移动至接触所述金属板材(2)的剪切边(22)后，使所述滚轮(1)一直保持所述推力F。

3.如权利要求2所述的金属板材剪切边滚压强化方法，其特征在于：

所述金属板材(2)的上下两侧分别对称设有所述滚轮(1)，上侧的所述滚轮(1)的滚压面与下侧的所述滚轮(1)的滚压面之间的夹角呈60°～90°。

4.如权利要求1所述的金属板材剪切边滚压强化方法，其特征在于：

所述滚轮(1)滚压面(11)的最大半径小于所述剪切边(22)棱边的曲率半径。

5.如权利要求1所述的金属板材剪切边滚压强化方法，其特征在于：

所述滚轮(1)的硬度为45～65HRC。

6.一种采用如权利要求1所述的金属板材剪切边滚压强化方法制得的板形件，其特征在于，其包括：

板面(21)；

位于所述板面(21)一侧的剪切边(22)，所述板面(21)与所述剪切边(22)通过所述倒角(23)连接。

7.如权利要求6所述的板形件，其特征在于：

所述倒角(23)的宽度范围为0.4～2.5mm，且所述倒角(23)的倾斜角度为30°～43°。

8.如权利要求6所述的板形件，其特征在于：

所述板面(21)与所述倒角(23)连接处无凸起。

9.如权利要求6所述的板形件，其特征在于：

两个所述倒角(23)和所述倒角(23)之间的剪切面处于残余压应力状态。

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