文/吳曉勇·河北中興汽車制造有限公司

阻料結(jié)構(gòu)在解決U形件回彈問(wèn)題的應(yīng)用

文/吳曉勇·河北中興汽車制造有限公司

作者：吳曉勇

回彈是卸載過(guò)程產(chǎn)生的反向彈性變形，是板料沖壓成形過(guò)程中存在的一種普遍現(xiàn)象。在彎曲和拉深過(guò)程中，回彈現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，對(duì)零件的尺寸精度、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生極大的影響。零件的最終形狀取決于成形后的回彈量，回彈的存在使零件尺寸精度降低，從而增加了試模、修模工作量。為了適應(yīng)汽車車身輕量化和低能耗的發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越多的汽車制造商采用高強(qiáng)度鋼板作為車身覆蓋件的材料。與普通低碳鋼板相比，此類板材具有高的彈性模量和比強(qiáng)度，回彈更為突出。因此，回彈問(wèn)題也就成為了汽車制造業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，特別是U形高強(qiáng)度鋼板制件的回彈，解決起來(lái)尤為困難。

板料回彈的成因及一般控制措施

回彈產(chǎn)生的原因

⑴在板材成形過(guò)程中，當(dāng)板料內(nèi)外緣表層纖維進(jìn)入塑性狀態(tài)而板料中心仍處彈性狀態(tài)，這時(shí)當(dāng)凸模上升去除外載后，板料產(chǎn)生彈性回復(fù)。

⑵金屬塑性成形總是伴有彈性變形，所以板料彎曲時(shí)，即使內(nèi)外層纖維全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，在去除外力的時(shí)候，彈性變形消失，也會(huì)出現(xiàn)回彈。板料彎曲回彈原理如圖1所示。

圖1 彎曲回彈原理

板料彎曲成形回彈的一般控制措施

⑴改進(jìn)成形件的設(shè)計(jì)。

盡量避免選用過(guò)大的相對(duì)彎曲半徑r/t，如有可能在彎曲區(qū)壓制加強(qiáng)筋，以提高零件的剛度抑制回彈。如制件的彎曲半徑R為20mm，材料厚度t為1.2mm，那么其相對(duì)彎曲半徑r/t就是20，此時(shí)制件就會(huì)發(fā)生回彈。所以，如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)允許，我們可以把彎曲半徑R變?yōu)?5mm或10mm，甚至更小。在材料厚度不變的情況下，回彈就會(huì)得到改善。如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)允許，可以再增加壓制加強(qiáng)筋，即在產(chǎn)品彎曲區(qū)增加適當(dāng)?shù)耐蛊鸹虬枷萁Y(jié)構(gòu)，回彈問(wèn)題就會(huì)得到更好地遏制。

圖2 制件形狀及斷面示意圖

盡量選用σs/E小、力學(xué)性能穩(wěn)定和板料厚度波動(dòng)小的材料，在選取產(chǎn)品材料的時(shí)候這些也是重點(diǎn)的考慮因素。

⑵采取適當(dāng)?shù)膹澢尚喂に嚒?/p>

采用校正彎曲代替自由彎曲，所謂校正彎曲就是通過(guò)采取回彈補(bǔ)償?shù)霓k法，使我們得到的制件最終符合產(chǎn)品要求，如產(chǎn)品的彎曲角度是95°，為防止制件回彈，在工藝設(shè)計(jì)的時(shí)候可以人為的把彎曲角度設(shè)計(jì)的小一些，可選擇92°或93°，具體根據(jù)產(chǎn)品及模具調(diào)試而定。這樣壓制出的制件經(jīng)過(guò)回彈后，正好是合格的最終產(chǎn)品。

對(duì)冷作硬化的材料先退火，使其屈服點(diǎn)σs降低。對(duì)回彈較大的材料，必要時(shí)可采用加熱彎曲成形。退火的主要目的就是改變材料的成形性。而對(duì)于加熱成形，其道理也是通過(guò)對(duì)材料加熱，從而降低其屈服點(diǎn)使其更多的產(chǎn)生塑性變形，這樣成形后制件就會(huì)因?yàn)閺椥宰冃蔚臏p少而改善回彈問(wèn)題。

阻料結(jié)構(gòu)解決U形件回彈控制的實(shí)際應(yīng)用

回彈產(chǎn)生

在汽車上U形件主要是車身上的橫梁和縱梁，對(duì)車身起到支撐的作用以保證整車的剛度和強(qiáng)度，這類件的材料可選擇性相對(duì)較小，主要是高強(qiáng)度板，而且零件之間的搭接關(guān)系要求較嚴(yán)，對(duì)制件的斷面精度要求較高，所以相比一般彎曲成形件，車身上這類U形件的成形回彈控制要更難一些。技術(shù)人員以往主要通過(guò)工藝上的回彈補(bǔ)償來(lái)控制制件的回彈問(wèn)題，一直以來(lái)都很難達(dá)到預(yù)期效果，這主要是因?yàn)榛貜椦a(bǔ)償角度都很難把握。在一次公司舉辦的技術(shù)研討會(huì)上，技術(shù)人員提出是否可以參考拉延筋的形式，通過(guò)在模具上設(shè)計(jì)阻料結(jié)構(gòu)來(lái)解決U形件的回彈問(wèn)題。

圖3 拉延后制件回彈嚴(yán)重

實(shí)踐嘗試是這樣的，圖2所示為某車型的縱梁后段的形狀及斷面示意圖，制件形狀整體為“S”形狀，高度超過(guò)120mm，制件材質(zhì)B340/590DP，厚度為1.6mm，屈服強(qiáng)度340～500MPa，抗拉強(qiáng)度不小于590MPa，由此不難看出制件形狀和材質(zhì)造成其成形凍結(jié)性差，試模后制件回彈問(wèn)題嚴(yán)重，如圖3所示。

回彈整改方案

圖4 增加了阻料的模具結(jié)構(gòu)

為此技術(shù)人員設(shè)計(jì)了一套整改方案，參考拉延筋的形式，在模具上設(shè)置增加材料變形的阻料檻，從而通過(guò)調(diào)整壓邊圈壓邊力，來(lái)達(dá)到對(duì)制件回彈的控制目的。壓邊力是沖壓成形的一項(xiàng)重要工藝措施，通過(guò)壓邊力的優(yōu)化調(diào)整板料的流動(dòng)狀況，改善材料內(nèi)應(yīng)力的分布。同一材料在板料厚度相同時(shí)，回彈角隨著壓邊力的增大而減小。這是由于隨著壓邊力的增大，板料的拉伸效果也增加，特別是在容易產(chǎn)生回彈的圓角和側(cè)壁部分，使內(nèi)、外表面間的應(yīng)力差減小，從而使回彈減小，增加了阻料的模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。為確認(rèn)其可行性，對(duì)此方案在專業(yè)工藝分析軟件（Auto Form）上進(jìn)行模擬分析，結(jié)果顯示回彈現(xiàn)象明顯改善。在實(shí)際試模過(guò)程中逐步摸索調(diào)整，最終確定阻料檻寬度和深度均為15mm時(shí)，制件的回彈得到了控制。

驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，改善后的模具壓制出的制件與之前相比反彈有了顯著改善，檢具上的檢測(cè)結(jié)果顯示制件符合要求，達(dá)到了預(yù)期目的，如圖5所示。

圖5 檢具上的檢測(cè)結(jié)果

結(jié)束語(yǔ)

批量生產(chǎn)證明，在解決U形件尤其是高強(qiáng)度板件的回彈問(wèn)題時(shí)，通過(guò)在模具上增加阻料結(jié)構(gòu)，能夠明顯地改善制件的反彈難題，提高生產(chǎn)效率和制件合格率。同時(shí)，也為類似制件回彈問(wèn)題的整改提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)人員將繼續(xù)在不同形狀的制件上研究和實(shí)踐此類結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

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