邝苏芳
鞍钢广州汽车钢有限公司 广东广州511434
摘要：钢材在生产加工中的使用效果一般而言都以扩孔率作为判定标准，即便是相同的生产加工材料，选择不同的加工方式、加工条件都会导致孔洞出现的大小不同。在本文的研究中将针对不同加工方式对毛刺朝向、孔洞大小的影响，判断现阶段不同行业中钢材生产加工的需求，进而能够为相关企业的生产加工提供有效的借鉴与参考。
关键词：扩孔率；孔加工方式；毛刺朝向
随着我国汽车生产加工领域的成长和进步，汽车零件的加工工艺出现了较大的变化，其中具有代表性的则是汽车底盘加工、车轮加工中所使用的零部件，都借助了冲压翻边工艺获得良好的生产加工效果。现阶段，冲压翻边工艺已经逐渐取代了早期的钻孔工艺，既能够增加工作效率，又能够提升生产加工效果，降低工作成本，且能够在生产加工中降低钻孔加工的缺陷，延长汽车零部件的使用时间。
判定材料扩孔性能的重要指标之一便是材料的扩孔率，通常情况下可以按照GB/T24524-2009的标准测定。但是，在实际工作中，不同的加工方式也会影响材料的扩孔率、毛刺方向，在材料加工、零部件生产中具有十分显著的影响。在文本的研究中将详细论述不同加工方式在材料加工阶段的效果。
一、试验材料及方法
即便是使用相同材质的原材料，在不同加工技术的影响下，其产生的加工效果也存在一定差异。在本文的研究中选择相同的实验材料，对相同的材料进行不同的加工方式。钢板选择440MPa级钢板，将其剪裁成为9cm*9cm的正方形18块，选择其中6块作为研究样本，在钢板上使用钻孔的方式打孔，其余12个样本则使用冲压打孔的方式加工。不同加工方式产生的 毛刺、孔洞大小差异如下表。
.png)
（二）扩孔率测试结果
利用不同加工形式取得的扩孔效果如表2。根据其中的数据能够看出，即便是相同的研究样本，选择不同的生产加工方式也存在十分显著的差异。其中钻孔加工的方式能够获得最佳扩孔率，而冲孔加工的方式则显得材料扩孔率较低，且毛刺的方向也呈现出不同的差别。
.png)
三、讨论
（一）不同加工方式中心孔表面形貌对比
根据实验结果能够看出，借助钻孔加工得出的中心孔形状较为光滑、毛刺数量较少，机械加工的痕迹十分明显。而使用冲压加工方式得出的孔洞则呈现两个部分的鲜明差异，一部分出现明显的蜂窝状，显示出韧性断裂的特点，而另外一部分的机械加工痕迹明显，表面十分光滑。
冲压过程中，冲头与钢板刚接触时材料受到剪切，在初始断面形成机械加工面，冲头继续运动，冲头运动方向钢材持续受到挤压【1】。在挤压的作用力不断积累的基础上，其端面出现裂纹的现象也逐渐深化，裂纹呈现十分明显，且伴随着毛刺产生。一部分试验凸模先与韧性断裂面接触，另一部分扩孔试验凸模先与机械加工面接触，其机械加工痕迹明显，表面十分光滑【2】。
（二）扩孔率差异原因分析
在扩孔实验中，中心表面在凸模的运用作用影响下，均会出现变形现象，且各个位置的变形趋势基本相同。在扩孔实验结束之后，中心空面逐渐外露形成端面。
采用钻孔方式加工的中心孔，扩孔后孔端面除贯穿厚度方向的宏观裂纹外，其他位置，尤其是上下表面区域中均有较大的裂痕。这种情况出现的主要原因是在机械扩孔的过程中红，孔端受到切向拉力、预应力的影响，裂纹的走向也与之相同。裂纹沿着最大宏观切应力方向在端面上产生，裂纹产生的条件是切应力增大到最外部机械加工层萌发裂纹源，随着机械扩孔加工的延伸，裂纹则会出现在钢板整体上【3】。
另一种试验样扩孔后中心孔端面形貌通过扫描电镜观察发现，毛刺朝向与凸模运动方向相反，简而言之便是扩孔过程中机械加工的面积较大，其中的中心孔端面具有自身的加工特点，在长度、体积较大的裂纹周围还伴随着体型较小的裂纹，以发散状呈现在钢板上。在该试验条件下，韧性断裂层中预先存在的毛刺在切应力作用下形成微小裂纹然后扩展到机械加工层【4】。并且会在加工零件的全身蔓延，且扩孔之后的直径实际为韧性断裂层的直径。这种制作工艺影响下，测得扩孔率比由表面光滑的机械加工中心孔得到的扩孔率低。
改变毛刺朝向,即毛刺方向与凸模运动方向一致，扩孔后端面形貌为表面蔓延着细小、数量较多的裂纹，其中一部分裂纹的尺寸与钻孔实验相比较小，人性断裂层中的裂纹数量较多，且裂纹的形状十分明显。一方面试验条件下韧性断裂层变形比机械加工层变形大，韧性断裂层中毛刺在切应力作用下产生裂纹【5】。裂纹出现的面积、体积会随着加工的推进而不断扩展，在这种制作工艺的影响下，裂纹的扩展性和延伸性十分明显，测定最后的扩孔直径较小，且扩孔率也相对较小。
（三）不同的孔加工方式及毛刺朝向对扩孔率的影响规律
首先，当相同材料焊接时，改变中心孔加工方式和冲压毛刺朝向，能够极大程度影响扩孔率，并且钻孔工艺明显大于冲孔工艺，此时毛刺朝向与凸模方向相反，当毛刺朝向与凸模朝向一致时，钻孔也大于冲孔。
其次，当钻孔表面光滑、无毛边、无凸起时，则一般不会产生裂纹。且冲压孔断面加工机械设备光滑、韧性优良时，也会有效避免裂纹产生。一旦韧性断层存在毛刺，则极易在加工过程中出现预应力裂纹。在这种制作工艺的影响下，裂纹的扩展性和延伸性十分明显，测定最后的扩孔直径较小。
然后，当冲压扩孔时，扩孔率受到韧性断裂成的位置影响。当毛刺朝向凸模运动的相反方向移动时，韧性断裂层位于内圈，实验扩孔之后形成了韧性断裂孔，其尺寸与常规操作相比尺寸较大。当毛刺朝向与凸模运动方向一致时，则韧性断裂层处于外圈，测量孔洞的直径，与常规打孔相比尺寸较小。
最后，在实际冲压操作中，可以借助凸模的运动方向、运动速度调节钢板表面的毛刺方向，孔洞大小等。
结论
材料自身的性能、扩孔性、韧性等都受到扩孔率的影响，换言之扩孔率能够展现出材料的质量水平。在汽车生产加工中所需要的零件，其质量需求较高，复杂性、差异性较为明显，需要原材料具备较好的扩孔性能。根据上文研究能够看出，即便是使用相同材质的原材料，在不同加工技术的影响下，其产生的加工效果也存在一定差异。在汽车零部件生产和加工工作中，常见的加工方式便是冲压加工，其生产过程中凸模运动的方向与毛刺产生的方向相反，有助于其扩孔率的提升。而在实际生产和加工工作中，则需要根据生产需求、设备性能，选择性价比最佳的加工方式。
参考文献
[1]赵如意,刘永前,王刚,等.测试条件对汽车高强钢扩孔率的影响[J].钢铁研究,2014,42(3):33-35.
[2]郭子峰,张衍,李秋寒,等.Si对580MPa级热轧高扩孔钢组织性能及表面质量的影响[J].上海金属,2020,42(1):45-49,54.
[3]朱晓东,薛鹏,李伟,等.奥氏体等温淬火工艺对冷轧高强钢扩孔性能的影响[J].宝钢技术,2020(2):1-5.
[4]李秋寒,郭子峰,张,等.卷取温度对热轧高扩孔540HE钢组织和性能的影响[J].上海金属,2019,41(2):56-59,65.
[5]郭子峰,张,李秋寒,等.卷取温度对热轧高扩孔钢FB590组织及性能的影响[J].塑性工程学报,2018,25(6):189-193.