针对特种钣金产品的切割工艺

文 | 李兵

近年来，随着国内、国际局势日趋复杂，客户对防护型车辆的需求逐渐增多，而防护型车辆车身内外表面多为特种钢板。早期特种车体结构普遍为特种钢板焊接拼接结构，但是焊缝部位为防护薄弱环节，因此使用折弯一体化减少焊缝
的设计逐渐替代了原有的焊接拼接式结构。特种钢板极其坚硬而又兼有韧性，通过优化合金成分，结合特有的直接淬火工艺，获得高硬度和高韧性，延伸率仅为 7% 左右，硬度普遍达到 550HBW，普通折弯模具的结构、硬度、折弯参数都无法满足其加工需求，回弹大，易开裂，外表面容易产生压痕。

针对特种钣金类产品，我们主要讨论自由折弯。下模 R角部位采用可拆换、可滚动的 LD 材质滚轴结构，上模、下
模 R 角、V 口宽度及角度重新设计，此处必须考虑到特种钣金类产品回弹较大的因素，比如上模 R 角可选 3 ～ 6 倍料厚，下模 R 角可选 4 ～ 8 倍料厚，V 口宽度可选 6 ～ 12 倍料厚，这对于控制折弯回弹、开裂、外表面压痕都有着很好的作用。另外，折弯时有以下问题需要注意：(1) 要注意与轧制方向成直角折弯，折弯前打磨去除所有瑕疵，剪切边缘也应打磨平。(2) 折弯力和回弹会随特种钣金强度的增加而增加，板材硬度越高，折弯力越大且回弹也越大。

基于成本及维修方面考虑，上模 R 角、下模 R 角、上下模本体均可以采用可拆换结构，方便维修，又可降低成本。采用特种钣金折弯工艺具有柔性化生产的优点，便于产品升级调整，同时可以有效配合焊接的精度需求。前期投入小，投资周期短，对设备人员的要求相对较低，有利于降低企业成本。

针对特种钣金产品的切割工艺，主要有以下几种方式。
(1) 水刀。该工艺可用于所有特种钣金产品下料，并且为首选方法，因为该工艺不存在热影响区，可彻底消除裂纹风险。
(2) 激光切割。对于较厚的特种钣金产品下料，可采用这种工艺进行切割，这种工艺所产生的切口较窄，热影响区也较窄，一般小于 3mm。
(3) 等离子切割。特种钣金产品的下料也可采用这种工艺进行切割。这种工艺产生的切口一般宽 3 ～ 4mm，热影响区宽度不超过 5mm。并且等离子切割可以在水下进行，这样可以减少变形，产生的热影响区也更窄。
(4) 气 割。 该 工 艺 可 用 于 厚 达 60mm 的 特 种 钢 板，这 种 工 艺 会 产 生 宽 2 ～ 5mm 的 切 口， 热 影 响 区 一 般 宽4 ～ 10mm。值得一提的是，对高硬度的特种钢板采用不受控气割可能导致氢致裂纹（也称为冷裂纹），而板厚超过
20 ～ 30mm 时也可能产生这种情况，板材越厚，对开裂的敏感性也越高。而要避免在切割过程中或切割后产生裂纹，最有效的方法是对钢板进行预热，随后对切割部件进行高温保温。

一般特种钣金合金含量低，这些钢板可采用任何常规的焊接方法进行焊接，适用的焊材包括铁素体和不锈钢类型的焊材，而建议类型取决于钢材等级。其焊接流程如下。
(1) 边缘准备。工件之间的良好配合是降低应力的关键，由此可降低裂纹风险。焊接前必须清除焊接边缘及其周围的各种杂质，如铁屑、铁锈、油污、油漆和水分等。
(2) 定位焊。进行定位焊时，建议每段定位焊缝的长度不小于 50mm，其原因是为了避免接头处出现氢致裂纹。
(3) 焊材的选择。建议使用铁素体和不锈钢类型的焊材，可用类型取决于钢材等级和接头处的板材厚度。以下推荐一些适用于所有类型的焊材：为使焊接接头的强度和韧性达到完美平衡，在满足接头强度要求的前提下应尽量选择强度低的焊材，而使用低强度焊材可带来一些好处，例如提高焊缝金属的韧性，提高抗氢裂性能和减少接头中的残余应力。
(4) 无合金和低合金铁素体焊材。如选用无合金或低合金铁素体焊材，则焊材适当的屈服强度可以高达 500MPa，建议使用最大氢含量为 5ml/100g 的焊缝金属。比如可以使用实心焊丝的 MAG 熔化极气体保护焊，以及 TIG 钨极惰性体焊的焊材都能满足这一要求。

而对于其他焊接方法，以下几种类型的耗材有可能满足氢含量要求：

①使用药芯焊丝的 MAG 熔化极气体保护焊，基本类型的焊丝和金红石焊丝。
②使用金属芯焊丝的 MAG 熔化极气体保护焊，特定品牌的焊丝。
(5) 奥氏体不锈钢焊材。建议使用符合 AWS 307 或AWS 309 标准的奥氏体不锈钢焊材，并且推荐将 AWS307 焊材作为第一选，AWS 309 焊材作为第二选。原因是该类焊材在所有焊缝金属中的屈服强度约 500MPa，而AWS 307 焊材的承受热裂纹性能要优于 AWS 309。对于特种钣金产品的机加工艺，可使用高速合金钢钻头或硬质合金钻头进行钻孔，在摇臂 / 柱式钻床上使用高速钢钻头对钢板进行钻孔时，首选小螺旋角、硬心的含钴（8%的钴）高速钢钻头，单个孔可使用普通高速钢钻头。

而针对减少振动、延长钻头寿命笔者在这里建议。

(1) 尽量减小悬臂长度以及钻头到工件之间的距离，使用稳固结实的工作台距离。另外，使用冷却液。
(2) 使用尽可能短的钻头，钻透之前，先抬起钻头 1s 以便降低进给速度，否则间隙窜动和弹性会卡住钻头，等间隙窜动和弹性现象消失之后，再重恢复到所需的进给速度。
(3) 一定要使用金属支架