摘 要 公司产品中圆形镶圈（材料为H62）应用较为广泛，翻边后质量较好，周边平整且无裂纹。在某型保护头盔上，引入此装配结构，形状由圆形镶圈更改为方形镶圈，此方形镶圈在翻边时，四角出现了大批量的裂纹，严重影响了产品交付，减少翻边裂纹、提高合格率成为刻不容缓的技术问题。此次工艺研究从对比分析、理论计算、尺寸协调、工装结构等方面进行了全面分析，并给出了解决方案，对公司其他类似产品加工提供了方法和思路，具有较好的借鉴作用和推广意义。
关键词 方形镶圈；翻边；裂纹
引言
圆形镶圈在公司应用较为广泛，材料为H62，一般用于联接结构或装饰作用，在多年生产中，质量稳定，翻边后周边平整且无裂纹。在某型保护头盔上，引入此装配结构，形状由圆形镶圈更改为方形镶圈，此方形镶圈在翻边时，四角出现了的裂纹。
1 现状
镶圈是某型保护头盔上的一个功能件，翻边铆接后，通过纵向和横向尺寸不同的特性，控制电池盒盖的安装和取下两种状态。镶圈的结构如图1所示，翻边后在图1中所示的R2四角会出现长度不等的翻边裂纹（如图2所示），只有约15%的镶圈在四角均无裂纹，另外约40%镶圈裂纹较短，没有贯穿至外壳正面，且裂纹不多于两处。由于完全无裂纹的镶圈合格率太低，经过协调，对此镶圈的合格标准定为：翻边处允许存在裂纹，但不得多于两处，不得贯穿至外壳正面，不符合要求则返修。随着产品批量增加，镶圈返修问题日益突出[1]。
2 技术分析
2.1 同类零件加工流程对比
公司翻边铆接应用较多，圆形镶圈在公司头盔类产品应用较广，多年生产质量一直较为稳定，翻边无裂纹，返修率极低。圆形镶圈和方形镶圈除外形外，其他参数基本相同。
2.2 材料特性
用于翻边的镶圈，属于软态即M态，拥有较好的冷塑性加工性能。对两种镶圈的翻边延展量进行理論计算。
（1）圆形镶圈翻边延展量计算
翻边前为圆柱形，翻边后为圆环形。翻边前镶圈的面积（减去外壳厚度，按中性层计算，小数点后面取一位有效数字）。
S=2*π*r*h=2*3.14*10.75*3.4=229.5mm2
r为翻边前的镶圈半径。
h为翻边前的可翻边高度=总高度-材料厚度-外壳厚度=5-1.1-0.5=3.4mm。
翻边后镶圈的展开面积：
S=π*（r12-r22）=3.14*（（3.74+10.75）2-10.752）=296.4mm2
r1为翻边后的镶圈半径，同时考虑一定的伸长率，根据实测约为3.74。
r2为翻边前的镶圈半径 。
通过计算可知，翻边后面积延展约1.29，在材料特性范围内。
（2）方镶圈翻边延展量计算
方镶圈翻边时，由于其特殊性，边和四角的延展不是一致的，且影响因素较多，因此此处根据翻边的部分实测尺寸进行理论上的计算，由于在四边未产生过裂纹，所以只对四角进行计算。翻边前为1/4圆柱形，翻边后为1/4扇形；翻边前方镶圈的面积（只计算其中一角，另外三角原理相同，按中性层计算，小数点后面取一位有效数字）：
S=0.25*3.14*d*h=0.25*3.14*4.5*3.9=13.8mm2
d为翻边前的方镶圈直径。
h为翻边前的方镶圈高度=总高度-外壳厚度-零件厚度=5.5-1.1-0.5=3.9mm
翻边后方镶圈的面积：
S=0.25*3.14*r2=0.25*3.14*4.32=14.5 mm2
r为翻边后部分裂纹的实测尺寸，取部分尺寸较大者。
计算可知，翻边后面积延展约1.05，整体的延展系数比圆形小。由于四角翻边为不规则翻边，在扇形的中间处，延展肯定大于扇形的边缘，按网上经验参数及材料手册，取1.3系数，则局部的极限延展约为1.37，在材料特性范围内，理论计算可知方形镶圈也适合翻边，是由于其他未知原因导致翻边裂纹。
2.3 原因分析
经过查阅材料手册、梳理加工流程、检查工装夹具后，确定以下几个方面为产生裂纹的最可能原因，并作为下一阶段改进的工作方向。
（1）镶圈表面质量
金属材料在翻边及胀形时，端面的表面质量会对翻边产生不利影响，取部分未翻边的镶圈在放大镜下观察，可见明显的细微缺口，在材料展开时，这些缺口可能成为裂纹源。
（2）镶圈与腰形孔尺寸不协调
大部分镶圈在翻边时某一边可能处于极限状态，导致其中某两个角的延伸量，超过了材料允许的临界点，造成翻边裂纹。据操作人员反映，改进前大部分镶圈在腰形孔中均存在明显的晃动现象。
（3）工装结构不合理
铆冲四角R2缺少过渡部分，导致翻边裂纹。
3 改进措施
3.1 去除镶圈端面的细微缺口，消除裂纹源
取金相砂纸沿“8”字形砂光镶圈端面，让端边面光泽均匀。砂光后的端面在放大镜下观察，锯齿状得到明显减轻。
3.2 协调镶圈和腰形孔尺寸，避免单边延伸过多
将镶圈与腰形孔之间的配合改为过盈配合，由于外壳非完全的刚性零件，在铆座和铆冲的双边挤压下起到自定心的作用，镶圈在整个翻边过程中，无任何松动，在挤压作用力下，镶圈翻边平整，与外壳贴合效果良好。
3.3 协调工装，铆冲的四角R2从新设计
将铆冲下部的R修大，根部保证R2，中间部分圆滑过渡。这样既避免了初始阶段的裂纹倾向，又保证了最终翻边的尺寸符合图纸要求。
4 生产验证
确定方案后，从上述分析的三个方面进行了改进，第一：对端面用金相砂纸砂光，砂光后应平整，光泽一致，无毛刺；第二：腰形孔激光切割工序尺寸进行调整，镶圈与腰形孔处于过盈配合状态，镶圈在腰形孔中无晃动，且起自定心作用；第三：将最终成型用的180°铆冲，初始部分的R修成半圆，根部R2不动。2017年按照改进后的方法进行了65个镶圈加工，其中62个镶圈四角均无裂纹，3个出现了裂纹，且裂纹不超过两处，未贯穿至外壳正面，四角均无裂纹合格率95.4%。
参考文献
[1] 温秉权，王宾，路学成.金属材料手册.第2版[M].北京：电子工业出版社，2013：179.
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