文/李傲宏·北京汽車股份有限公司

隨著我國汽車模具制造業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)汽車模具的生產(chǎn)已逐漸從低端模具向中高端模具轉(zhuǎn)移，所以模具制造企業(yè)對模具生產(chǎn)“由內(nèi)而外”的精致化和高端化的要求也是越來越高。因而，在這個既要看臉又要講求實力的時代，沖壓設(shè)計工藝性是否合理對設(shè)計者和制造企業(yè)來說具有十分重要的意義。因此，沖壓件作為汽車車身的主要零部件，是各模具制造廠家重點研究和開發(fā)的產(chǎn)品。本文主要對沖壓翻邊反弧產(chǎn)生機理和成形性以及翻邊反弧控制方法作了詳細闡述。

翻邊反弧產(chǎn)生機理分析

翻邊反弧概念

曲線翻邊完成后，由于應(yīng)力分布不均勻，內(nèi)應(yīng)力釋放后使翻邊面產(chǎn)生內(nèi)凹或翹曲現(xiàn)象，屬于翻邊回彈的一種。

在曲線翻邊成形過程中，板料主要分成三個區(qū)域:非變形區(qū)(壓料區(qū)域)、圓角、主要變形區(qū)(翻邊成形面)。圖1 為直線翻邊。圖2 翻邊成形時壓料區(qū)域只是受到向下(沖壓方向)的壓力，因此材料不發(fā)生塑性變形；主要變形區(qū)在翻邊鑲塊的作用下，材料內(nèi)部會處于雙向受拉或雙向受壓的應(yīng)力狀態(tài)。翻邊成形時，變形區(qū)域CDAB 翻邊后沿著AB 向下反轉(zhuǎn)最終變成EFAB，變形區(qū)域外緣CD 變成弧線EF，圖3 中DC會變長，反之會變短。

翻邊應(yīng)力分布狀態(tài)

作用，材料周向產(chǎn)生壓縮變形，導(dǎo)致材料厚度變厚，最大周向壓應(yīng)力發(fā)生在變形區(qū)內(nèi)邊緣，當(dāng)外應(yīng)力達到極限值時則發(fā)生起皺，導(dǎo)致零件報廢。

圖6 為伸長式翻邊，從形狀來看翻邊輪廓是向外部凸的，凸緣變形區(qū)金屬材料在變形時受拉應(yīng)力作用，材料會產(chǎn)生伸長變形，厚度逐漸減薄，最大周向壓應(yīng)力發(fā)生在變形區(qū)外邊緣上，當(dāng)數(shù)值達到極限值時，凸緣變形區(qū)外邊緣會產(chǎn)生開裂，導(dǎo)致零件報廢。

翻邊周向應(yīng)力分布

對于壓縮或拉伸翻邊而言，金屬材料在翻邊時所受的邊界部分的周向應(yīng)力，最大應(yīng)變值應(yīng)發(fā)生在G點，兩側(cè)部分呈現(xiàn)遞減趨勢，最小應(yīng)變值在A、B 兩個端點上，其值為0。因此可將這種接近變形中線的材料應(yīng)力最大、遠離變形中線值逐漸遞減的情況看作周向應(yīng)力沿翻邊外部邊緣呈非線性分布，假設(shè)沿著翻邊線周向應(yīng)力呈余弦分布展開，當(dāng)金屬材料所受外力卸載后，板料受力不再保持平衡，內(nèi)部內(nèi)應(yīng)力會以回彈的形式進行釋放，所受應(yīng)力越大，材料回彈值也就越大，導(dǎo)致G 點位置隆起上翹，材料回彈趨勢會以G 點為中心向外呈余弦分布，在材料變形區(qū)域產(chǎn)生塑性變形或彈性變形，如圖7 所示。

翻邊反弧產(chǎn)生過程

翻邊時，壓料板壓住不變形區(qū)域，翻邊鑲塊R 角部位與制件主變形區(qū)產(chǎn)生接觸，隨著上模鑲塊向下移動，主變形區(qū)域開始彎曲變形。圖8 中直線翻邊由于翻邊應(yīng)力分布均勻，成形過程類似直邊折彎成形。圖9 中曲線翻邊由于翻邊應(yīng)力分布不均勻，且翻邊弧線逐漸變長或壓縮，所以曲線翻邊成形過程為弧線，翻邊完成后由于無法消除內(nèi)應(yīng)力，產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，即翻邊反弧。

翻邊反弧控制方案

翻邊反弧是沖壓件比較常見的沖壓件缺陷，也是比較難以解決的。目前，各模具廠都采用幾種常見的控制方案，如翻邊鑲塊減小，翻邊強壓，增加工藝缺口，采用壓料翻邊等。但是，就目前來看以上幾種方法都不是很理想，問題不能徹底解決。除了常規(guī)的控制方法外，還可以采用靠翻方案進行解決，其缺點就是增加了翻邊斜楔，開發(fā)成本有所增加。為了控制翻邊反弧，采用翻邊角度與產(chǎn)品方向不一致方式進行翻邊，翻邊到位時對翻邊面進行強力拍壓，達到控制反弧的目的。表1 的內(nèi)容為各種反弧控制方案對比結(jié)果。

表1 各種反弧控制方案對比結(jié)果

結(jié)束語

板料翻邊成形是板料沖壓成形中一種常見的成形方法，深入研究外緣曲線翻邊過程中變形區(qū)金屬流動和應(yīng)力應(yīng)變分布，將有助于對翻邊反弧的控制提供有效的解決思路。本文通過對外緣曲線翻邊的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的分析，可以了解翻邊時板材內(nèi)部的受力狀態(tài)及應(yīng)力分布情況，變形區(qū)內(nèi)的周向應(yīng)力應(yīng)變值的大小在變形區(qū)的兩端接近為零。通過對外緣曲線翻邊的周向應(yīng)力分析，建立數(shù)學(xué)模型，為各模具制造廠家控制反弧提供理論依據(jù)，對實際的控制方案實施提供幫助。