文/趙彥博，李曉超，齊康寧·長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心

在保證沖壓件強度以及汽車行駛中的安全性、舒適性的過程中，拼焊板技術(shù)在汽車行業(yè)中以其降低成本、減輕車重和環(huán)保等諸多優(yōu)勢而得到了廣泛的應(yīng)用。但是，隨著拼焊板技術(shù)的應(yīng)用，也隨之產(chǎn)生了各種技術(shù)上的疑難問題，其中，拼焊板回彈問題成為拼焊技術(shù)上最為難以解決的問題之一。拼焊板的回彈，不僅來自板料本身應(yīng)力釋放的回彈，也來自因為拼焊板的強度、拉伸性、薄厚度存在差異而產(chǎn)生的回彈，而往往這種回彈分析以及控制都是非常困難的。

回彈簡介

在板料沖壓成形過程中，由于板料在成形過程中存在彈性、塑性變形，所以回彈是不可避免的現(xiàn)象，完成沖壓成形以后，板件彈性變形的恢復(fù)現(xiàn)象，這就是所謂的回彈，彈性變形的恢復(fù)量即為回彈量，當回彈量超過檢測要求的公差范圍，這就有可能影響整車的裝配以及焊裝線體的焊接性能，因此，消除沖壓件的回彈就顯得十分重要，以U形件來舉例說明（如圖1所示）。

與一般傳統(tǒng)模具相比，關(guān)于拼焊板模具的主要差異在于壓邊圈以及凹模需要區(qū)分薄厚板之間的落差以及成形后的拼焊縫位移量，本文以薄厚板落差反映在凹模上為例進行論證，圖2為拼焊板成形過程示意圖。

圖1 U形件回彈示意圖

圖2 拼焊板成形過程示意圖

拼焊板成形實際案例

結(jié)合實際工作中沖壓模具調(diào)試生產(chǎn)經(jīng)驗，對某一拼焊板制件進行重點介紹，該零件的材質(zhì)為DX54D，外形尺寸為1510mm×395mm×125mm，型面曲率較大，造型復(fù)雜（如圖3所示），此件由4工序?qū)崿F(xiàn)，即OP10 ：DR(拉伸)，OP20：TR+PI(修邊+沖孔)，OP30：RST（整形），OP40：CPI+CTR+PI（側(cè)沖孔+側(cè)修邊+沖孔），根據(jù)機床設(shè)備參數(shù)要求，制件工藝采用的是雙動拉延工藝。

圖3 產(chǎn)品尺寸示意圖

如圖4所示，紅色線為拼焊縫位置，兩側(cè)為厚板，料厚t=1.0mm，中間為薄板區(qū)，料厚t=0.7mm。

圖4 板料尺寸示意圖

初始工藝

由于制件造型復(fù)雜，無法采用一次修邊沖孔，并且需要側(cè)修邊、側(cè)沖孔機構(gòu)，因此分為兩序沖裁，為保證修邊沖孔精度，將沖孔序安排在整形序之后；將壓料面做隨形過渡處理，對其工藝補充適當?shù)膱A角以及光順處理，保證拉深過程中板料的平緩均勻進料，完成后的OP10工藝數(shù)模如圖5所示。

圖5 OP10工藝數(shù)模示意圖

成形過程

制件成形過程中，一般需要采用拉延筋或者拉延坎調(diào)節(jié)材料的流入量以及流入方向。CAE采用等效拉延筋的方式進行分析（見圖6，圖7，圖8），根據(jù)分析結(jié)果，再做一些針對性調(diào)整。

圖6 CAE分析工具體示意圖

圖7 成形過程中截面示意圖

圖8 等效拉延筋示意圖

工藝分析結(jié)果

綜合考慮全工序排布要求，在沖孔及修邊角度的嚴格約束條件下，制件成形的最大拉延深度為125mm，對應(yīng)位置的拔模角度為5°，而恰巧的是，最大拉延深度的位置正好就是拼焊板對接的位置，也正是回彈最嚴重的區(qū)域，工藝分析回彈量3mm左右，圖9為CAE分析結(jié)果。

圖9 成形后回彈趨勢示意圖

現(xiàn)場調(diào)試

一般汽車覆蓋件調(diào)試的主要問題是開裂、起皺和回彈，因為涉及到的回彈補償量很難準確預(yù)測，所以回彈的調(diào)試也是模具調(diào)試的重點和難點，下面針對模具調(diào)試過程中的主要問題進行逐一剖析。

拼焊縫開裂

在拉延工序影響開裂的因素有很多種，包括頂桿頂出高度、模具光潔度、拉延筋高度、板料材質(zhì)、拉深深度、成形R角大小、壓邊圈的壓力等等。但是，對于拼焊縫位置的開裂還需要考慮拼焊板薄厚板間的相對進料速度。

現(xiàn)場調(diào)試過程中，凹?？谖恢玫钠春缚p開裂為其中一個典型問題，圖10所示為制件對應(yīng)開裂位置減薄率示意圖，最大值為0.205。

通過反復(fù)調(diào)試得出，將薄板的寬度加大可以減小拼焊縫起始部位的開裂情況；反之，板料越小，開裂越嚴重；通過CAE分析可以發(fā)現(xiàn)，板料加大的情況下，拼焊縫起始點距離產(chǎn)生次應(yīng)變集聚的位置越遠，受到的橫向次應(yīng)力愈小，開裂消除，見圖11。

凹模口位置主要通過加大凹?？赗角，減少板件成形過程中的成形阻力，達到消除開裂的目的。

圖10 開裂位置減薄率示意圖

圖11 整改前后效果對比示意圖

側(cè)壁內(nèi)凹

制件OP10成形后側(cè)壁內(nèi)凹就已經(jīng)產(chǎn)生，內(nèi)凹量最大位置為3mm，見圖12。

圖12 內(nèi)凹示意圖

經(jīng)過多輪調(diào)試，將壓料面及凸凹模間隙反復(fù)研合，研合率達到95%以上，側(cè)壁內(nèi)凹問題仍未得到有效解決。

通過CAE回彈分析，查看回彈效果，回彈后制件狀態(tài)與工具體的比較，能明顯的表現(xiàn)出側(cè)壁的內(nèi)凹狀態(tài)，且回彈數(shù)值基本與實際制件檢測數(shù)值接近，見圖13。

圖13 CAE分析回彈數(shù)據(jù)以及與工具體對比示意圖

工藝信息：制件側(cè)面的拔模角度為5°，拉伸深度為125mm，制件側(cè)壁造型加強筋高度1mm，在拉延工序成形到位。

⑴查看板料成形過程中的走料過程發(fā)現(xiàn)，板料從起始接觸點走料開始，一直到凹模口R角接觸，相當于經(jīng)凹?？赗角的板料呈現(xiàn)“弧形”，變形板件在完成塑性變形以后的回彈仍有應(yīng)力集中在板料的走料位置中無法釋放出來，造成板件的翹曲回彈。

⑵通過對成形過程中產(chǎn)生的塑性變形程度進行控制，塑性變形性越大，其剛性越好。

結(jié)合上述分析結(jié)論，更改接觸點位置的凹?？赗角，由原來的單一R角改變成臺階式的兩個R角組成的凹?？谛问剑鐖D14所示。

圖14 更改方案截面圖

這樣更改的主要目的基于以下方面考慮：

⑴板料經(jīng)過凹模口圓弧角時的“滾”料，變成由兩個R角組成的“折線式”進料，來達到減緩翹曲的目的，如圖15所示。

圖15 板料凹?？诮佑|點位置變更示意圖

⑵更改后的凹?？诨【€長度比原始的弧線長度延長了3mm，增大了制件的塑性變形量。

具體實施方案為：分模線往外移8mm；凸模更改位置開槽，增加鑲塊，鑲塊與模具之間過盈配合，采用螺釘緊固的方式固定在凸模上；凹模直接加工到位；壓邊圈直接加工到位；后工序做符型處理。模具加工效果如圖16所示。

圖16 模具結(jié)構(gòu)實施效果示意圖

完成此方案整改，側(cè)壁內(nèi)凹現(xiàn)象基本消除，效果圖如圖17所示。

圖17 整改完成后效果示意圖

制件回彈補償

根據(jù)歷年來的工作經(jīng)驗，一般分為兩個階段制作回彈補償：

⑴模具初次加工的回彈補償量。

模具的初次加工補償量主要是通過CAE分析趨勢，再結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗來確定補償量和補償方向的。

初始工藝分析，制件側(cè)壁是正回彈，基本同現(xiàn)場經(jīng)驗相同，所以初始對側(cè)面做了1°的回彈補償，同時根據(jù)分析結(jié)果中產(chǎn)生翹曲位置，進行反翹曲補償，但是，這樣的更改量有限，無法改善制件成形后嚴重的翹曲問題。

模具增加臺階以后，制件呈負回彈趨勢，同分析結(jié)果有差異，這樣就需要查看制件完全修完邊以后應(yīng)力釋放最終的回彈量，這就涉及到整改的回彈補償量。

⑵整改過程中的回彈補償量。

整改過程中的回彈補償量主要受板件材質(zhì)、制件成形穩(wěn)定性、數(shù)控的加工精度、鉗工的研合情況等多方面因素影響。

根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)，制件的回彈補償更改量一般比實際測量值大20%～30%，補償量沒有具體的規(guī)律，需要通過針對制件整改過程中的總結(jié)進行補償。

經(jīng)過歷次整改，制件最終合格率達到要求，且在整車匹配上無問題，圖18為單件符檢時檢測數(shù)據(jù)示意圖。

圖18 整改完成后檢測數(shù)值示意圖

結(jié)束語

綜合來說，在制件設(shè)計和模具開發(fā)階段結(jié)合現(xiàn)場累積經(jīng)驗，針對制件制作回彈補償，這種方式是當下模具設(shè)計與制造中通用的回彈補償方案。一般廠家采用分析回彈的軟件基本是Autoform、Dynaform和PAM這三種。

在模具調(diào)試階段，需要嚴格按照工藝分析的指導(dǎo)來試模，這樣才能與CAE分析結(jié)果相接近，便于設(shè)計人員收集數(shù)據(jù)和后期的改進工作、積累經(jīng)驗；經(jīng)過如此往復(fù)的反饋、積累，制件的設(shè)計和調(diào)試時間才會漸漸縮短。

制件回彈對于汽車沖壓制件來說是較難解決的問題，目前還沒有一個完美的方法根治沖壓制件回彈，需要針對沖壓制件回彈問題進一步的深入研究。