李玉青

(長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程技術(shù)分院，吉林長春 130033)

車后部加強(qiáng)板是汽車上的一個重要結(jié)構(gòu)件，能夠有效吸收、降低車輛碰撞時產(chǎn)生的沖擊能量，并且在變形時能夠吸收更多的沖擊能量，對汽車的安全性起到了重要作用。車后部加強(qiáng)板一般采用DP600高強(qiáng)度鋼板，該材料在成形過程中既存在塑性變形，又存在彈性變形。卸載后塑性變形將會完全保留下來，但彈性變形會逐漸消失，使零件的彎曲半徑和彎曲角發(fā)生變化，即產(chǎn)生回彈現(xiàn)象。而回彈是成形過程的累積效應(yīng)，與模具幾何形狀、材料特性、摩擦接觸等諸多因素密切相關(guān)，所以回彈問題非常復(fù)雜，很難準(zhǔn)確計算彎曲半徑和彎曲角的回彈量［1］。同時，回彈問題的存在會影響沖壓件的形狀尺寸精度和表面質(zhì)量，當(dāng)回彈量超過允許誤差范圍后就會產(chǎn)生成形缺陷，進(jìn)而影響整車裝配。

1 零件工藝分析

車后部加強(qiáng)板(如圖1所示)屬于左右對稱結(jié)構(gòu)，型面復(fù)雜。要求有足夠的剛性及形狀尺寸精度，并保證裝配后間隙不超差，否則將導(dǎo)致后續(xù)工序無法進(jìn)行。

圖1 車后部加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)零件的技術(shù)要求和裝配使用特點，制定該零件的成形工藝方案為：拉延—修邊—翻邊—整形。該零件壁薄且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故在沖壓成形過程中容易產(chǎn)生回彈現(xiàn)象，使零件形狀發(fā)生變化、尺寸精度超差。

應(yīng)用商用軟件AutoForm對零件進(jìn)行成形分析，分析過程包括拉延、修邊、翻邊及整形四部分。絕大多數(shù)零件在拉延工序中只要不出現(xiàn)起皺和開裂的現(xiàn)象，就能夠順利成形。零件拉延后示意圖如圖2所示。經(jīng)試驗，零件在翻邊后，X，Y和Z 3個方向上均出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，但在X和Y方向的回彈量很小，絕大部分回彈量在±0．50mm內(nèi)，屬于合理誤差范圍。零件在Z方向上的回彈量如圖3所示，回彈最大值為+2．21mm，已超出尺寸誤差范圍，需要進(jìn)行控制。

圖2 零件拉延后示意圖

2 材料性能

車后部加強(qiáng)板采用DP600高強(qiáng)度鋼板，其力學(xué)性能見表1。

圖3 零件在Z方向上回彈量

表1 DP600高強(qiáng)度鋼板力學(xué)性能

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，DP600高強(qiáng)度鋼板的硬化指數(shù)n及厚向異性指數(shù)r變化不大，影響回彈量的主要因素是屈服強(qiáng)度。由于DP600材料的屈服強(qiáng)度高，導(dǎo)致回彈量增大?；貜棇π螤?、尺寸精度的影響不可避免，必須采用相應(yīng)的回彈補(bǔ)償方法。

3 回彈補(bǔ)償方法

回彈是與材料性能、零件形狀和工藝參數(shù)密切相關(guān)的復(fù)雜過程，影響因素眾多。為了獲得形狀尺寸精度滿足要求的零件，可以采用以下幾種方法［2］。

a．控制材料性能。

回彈量的大小與材料的屈服強(qiáng)度成正比，同時還與材料的加工硬化程度有關(guān)。若材料性能不穩(wěn)定，則回彈量也不穩(wěn)定。故在滿足零件使用性能的前提下，盡量采用屈服強(qiáng)度較低的材料，可以減輕回彈現(xiàn)象。

b．控制工藝參數(shù)。

制定合理的加工工藝流程［3］，改變應(yīng)力集中狀態(tài)，抑制回彈變形的產(chǎn)生。該方法對型面簡單的零件，如U型彎曲件和V型彎曲件效果明顯，但對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件效果不顯著。

c．模具型面補(bǔ)償法。

對于復(fù)雜型面的零件(如汽車后部加強(qiáng)板)，采用模具補(bǔ)償法［4］最為有效，即在考慮回彈量的前提下，對模具型面進(jìn)行預(yù)修正，使得沖壓件回彈后的形狀剛好滿足設(shè)計要求。

由前面仿真分析可知，車后部加強(qiáng)板型面復(fù)雜，材料的屈服強(qiáng)度高，回彈量大，所以采用模具型面補(bǔ)償法最為直接有效。

模具型面補(bǔ)償是基于零件設(shè)計形狀的虛擬修模迭代過程。首先，按零件設(shè)計初始模具形狀，利用CAE對零件進(jìn)行回彈分析，根據(jù)所得數(shù)據(jù)即修模補(bǔ)償回彈量反求得到新的模具型面。接著再進(jìn)行一次回彈分析，得到補(bǔ)償后零件再次回彈形狀。判斷此次回彈后零件形狀是否滿足要求，若滿足要求，則得到修模后模具型面的幾何形狀［5］。

通過模擬迭代，對模具型面進(jìn)行補(bǔ)償，一般每次迭代量按前一次回彈量0．8倍計算。零件回彈量最大數(shù)值為+2．21mm，經(jīng)7次模擬迭代后得到的回彈量見表2。若零件在Z方向的回彈量均在±0．50mm內(nèi)，則回彈量屬于合理誤差范圍。所以此次回彈模擬分析所用的補(bǔ)償模具型面正是所需的模具型面。

表2 回彈量分析結(jié)果

4 試驗測量及驗證

試驗采用的設(shè)備為YA32-315，零件材料為DP600高強(qiáng)度鋼板。

對生產(chǎn)的零件進(jìn)行檢測，零件在Z方向上仍有微量的彎曲上翹，回彈量最大值為+0．51mm，與CAE模擬分析的結(jié)果基本接近。補(bǔ)償后的零件回彈量如圖4所示。

圖4 補(bǔ)償后的零件回彈量

由以上模擬分析測量數(shù)據(jù)可以看出，根據(jù)提出的回彈控制方案，進(jìn)行模具補(bǔ)償?shù)男Ч浅ｏ@著，基本滿足零件的精度要求。可以達(dá)到控制回彈的目的，節(jié)約了成本，縮短了制模周期。

5 結(jié)論

a．通過對比幾種回彈方法可以得出，模具型面補(bǔ)償是最為直接和有效的方法。

b．通過數(shù)值模擬迭代與模具型面補(bǔ)償相結(jié)合的虛擬試模方法，可達(dá)到控制回彈的目的，節(jié)約了成本，并縮短了制模周期。

c．通過試驗證明，模具回彈量是可以通過有效的手段加以控制的。

［1］ 龔志輝，鐘志華，楊旭靜．汽車外覆蓋件回彈評價方法及應(yīng)用［J］．汽車工程，2007(4)：52-54．

［2］ 刁可山，蔣浩民．基于CAE的DP600高強(qiáng)鋼零件回彈特征分析及控制［J］．鍛壓技術(shù)，2010，35(5)：47-51．

［3］ 彭偉，楊雪春，楊國泰．高強(qiáng)度板U形件沖壓成形的回彈仿真研究［J］．鍛壓技術(shù)，2008，33(1) ：34-38．

［4］ 蔣浩民，陳新平，石磊，等．先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板的沖壓成形特性及其應(yīng)用［J］．塑性工程學(xué)報，2009，16(4)：183-186．

［5］ 周杰，陽德森．保險杠立柱成形回彈分析及其控制［J］．塑性工程學(xué)報，2010，17(1)：66-69．