韓耀東

（武漢中人瑞眾汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)有限公司，湖北武漢430073）

1 引言

油箱是燃油汽車(chē)必不可少的一個(gè)部件，油箱在車(chē)輛上的固定方式分為很多種?？ㄜ?chē)的油箱一般是由一對(duì)L型的角鋼和捆扎帶聯(lián)合固定的方式，小汽車(chē)也有類(lèi)似卡車(chē)油箱的固定形式。但大多數(shù)的小汽車(chē)采用的是一對(duì)油箱托架固定在汽車(chē)的底盤(pán)下面托住油箱?，F(xiàn)在小汽車(chē)采用的塑料材質(zhì)油箱的比較多，最新的固定方式是采用一對(duì)油箱綁帶將油箱捆綁在汽車(chē)底盤(pán)下面，圖1所示為油箱綁帶的結(jié)構(gòu)形式。

圖1 油箱綁帶的裝配方式

油箱綁帶的生產(chǎn)工藝主要由落料沖孔、壓彎、焊接、電泳漆等工序組成。落料沖孔屬于分離工序，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。壓彎屬于成形工序，是最常見(jiàn)、最典型的成形工序。壓彎的方式很多，有手工彎曲、彎曲機(jī)彎曲、模具彎曲等。但絕大多數(shù)是通過(guò)模具和壓力機(jī)實(shí)現(xiàn)彎曲工藝，壓彎工藝屬于塑性加工范疇。壓彎是依靠材料的塑性流動(dòng)而形成，原則上不允許工件出現(xiàn)任何破裂現(xiàn)象，并且達(dá)到一定的穩(wěn)定的成形角度。這是壓彎工藝與沖裁工藝（材料分離機(jī)理成形）在變形特性上的根本區(qū)別。壓彎通常分為U形、V形壓彎兩大典型的基本類(lèi)型，其它壓彎的形式都是由這兩種基本類(lèi)型衍生而成的。在壓彎時(shí)，沖壓的毛刺方向最好是在壓彎的內(nèi)側(cè)，材料紋向最好是與壓彎線(xiàn)垂直或傾斜（盡量不要平行方向），防止壓彎開(kāi)裂。壓彎的回彈問(wèn)題是研究彎曲工藝和模具設(shè)計(jì)必須考慮的重要課題。

油箱綁帶的壓彎有其特殊的要求，大彎的毛刺方向要求在壓彎的外側(cè)，目的是防止毛刺對(duì)塑料油箱產(chǎn)生不良影響，材料紋向要求與壓彎的方向垂直，以保證綁帶的強(qiáng)度需要。壓彎件的質(zhì)量主要表現(xiàn)在壓彎角度、圓角處的變薄量、開(kāi)裂、尺寸穩(wěn)定性等方面，充分滿(mǎn)足油箱的貼合要求、車(chē)輛運(yùn)行的強(qiáng)度要求、疲勞失效要求?，F(xiàn)在就從油箱綁帶沖壓彎曲的基本過(guò)程和實(shí)際生產(chǎn)工作中所采取的有效措施入手，分析沖壓件壓彎產(chǎn)生回彈的規(guī)避辦法及解決方案。

2 油箱綁帶的組成及要求

圖2是某車(chē)型油箱綁帶的總成圖（左右件，選取其中一件進(jìn)行分析）。

圖2 油箱綁帶總成（左右件）

油箱綁帶體的材料H300LAD+Z，料厚t=1.6mm；加強(qiáng)板材料DP780，G10/10，料厚t=2mm。綁帶體和加強(qiáng)板之間通過(guò)點(diǎn)焊連接，要求貼合間隙小于0.1mm。整改綁帶總成的尺寸要求較高，要求與塑料油箱外形貼合。所以制件的回彈、尺寸要求、材料的變薄等情況，都要求有嚴(yán)格的規(guī)定。彎曲回彈，使制件的幾何尺寸精度受到影響，通常是彎曲成形生產(chǎn)中不易解決的一個(gè)棘手問(wèn)題。

3 加強(qiáng)板的彎曲成形工藝分析

圖3所示為高強(qiáng)度板，折彎角度要求較高。

圖3 加強(qiáng)板

（1）考慮到壓彎回彈有多種影響因素存在，首先從優(yōu)化制件設(shè)計(jì)著手，綜合考慮了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

a.首先考慮了材料的機(jī)械性能：材料的屈服極限越大，彈性模量越小，加工硬化越激烈（n越大），則回彈越大。所以盡可能選擇彈性模量較大、屈服強(qiáng)度較小的材料壓彎成形。但是，該制件由于強(qiáng)度的需要，降低材料使用標(biāo)準(zhǔn)的可能性不大。

b.彎曲半徑的問(wèn)題：相對(duì)彎曲半徑r/t越?。ūM可能使r/t在1~2的范圍內(nèi)），塑性變形在總變形中的比例增大，彈性變形的比例減小，回彈較??；反之，回彈較大。由于該制件的料厚較薄，彎曲半徑不宜無(wú)限制減小，防止應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞斷裂。

c.彎曲中心角越大，變形區(qū)越大，彎曲回彈也越大；該制件的成形角度是裝配需要的角度，不能隨意改變。

d.彎曲件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化：增設(shè)加強(qiáng)筋，提高制件的剛性和變形程度，減小回彈。圖3中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加筋的優(yōu)化處理，對(duì)解決回彈問(wèn)題和制件的穩(wěn)定性及強(qiáng)度問(wèn)題都有好處。類(lèi)似的復(fù)雜折彎件加筋，對(duì)減小壓彎回彈是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，具體措施如圖4所示。

圖4 在彎曲變形區(qū)增設(shè)加強(qiáng)筋

（2）在分析壓彎工藝時(shí)，同樣要考慮與成形工藝相關(guān)的幾種因素：

a.首先考慮了V型壓彎的形式。雖然V型壓彎（模具到底時(shí)校正功能，校正彎曲可以減小回彈）回彈容易控制，但制件的定位及幾何尺寸的穩(wěn)定性會(huì)有波動(dòng)，沒(méi)有被采用。還有一種V型壓彎的變通方式（模具的壓料板傾斜壓彎，一般在10°以?xún)?nèi)，且凹模包圓角）也是一個(gè)比較好的方案。

b.摩擦壓彎：一般認(rèn)為，摩擦在大多數(shù)情況下會(huì)增大變形區(qū)的拉應(yīng)力，有利于制件接近凸模的形狀，使回彈減小。但制件的表面不允許有摩擦的傷痕出現(xiàn)，也不允許破壞表面鋅層，所以這里也不適用。

c.對(duì)于冷作硬化材料，在彎曲前進(jìn)行退火，以降低屈服應(yīng)力，減小回彈。另外，熱彎成形，在彎曲前進(jìn)行退火、熱彎采用加熱彎曲，可以減小回彈。這兩種方式的成本較高，而且對(duì)鍍鋅板壓彎成形不適用，容易破壞鋅層。

d.整形工序雖然可以減小回彈，但工序增長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)成本不利，一般不輕易采用。

e.對(duì)于料厚較厚的制件，可將凸模局部做成凸起形狀，使作用力集中在圓角的變形區(qū)進(jìn)行校正，通過(guò)加大彎曲區(qū)的變形應(yīng)力，增大塑性變形，可減小回彈，如圖5所示。但是油箱綁帶材料較薄，而且不允許局部有變薄壓彎的情況存在，所以這種方案也不采用。

圖5 改變應(yīng)力狀態(tài)的彎曲方法

f.利用模具上的凸肩在彎曲時(shí)縱向加壓（立體封閉成形），使彎曲件都成為壓應(yīng)力，卸載后，內(nèi)外層的回彈相互抵消，減小回彈。但這種情況對(duì)毛坯的尺寸精度要求較高，如圖6所示。由于制件形狀和毛坯的限制，同樣不適用在制件的生產(chǎn)過(guò)程中采用。

圖6 縱向加壓彎曲

g.改變模具的圓角半徑的彎曲方式，使其局部過(guò)盈加壓，塑性變形加大，起到校正的作用，這種變薄量一般0.1~0.15mm，如圖7所示，彎曲的圓弧半徑越大、彎曲中心角越大、回彈越大。這種方式在其它制件的壓彎上可以采用，但油箱綁帶加強(qiáng)板制件，會(huì)影響壓彎部分的強(qiáng)度（材料變?。┗蛞鹁植繎?yīng)力集中，不建議采用。

圖7 改變模具圓角半徑的壓彎方式

h.凸模做角度補(bǔ)償法（傾斜角一般2°~3°），壓彎間隙為t-（0.02~0.06），效果較好；或者凸模做角度補(bǔ)償，凹模水平運(yùn)動(dòng)，凸凹模的側(cè)面將制件壓緊，減小回彈，如圖8所示。這種方式，如果是固定的凸凹模，會(huì)存在角度穩(wěn)定性的問(wèn)題；如果是活動(dòng)凹模結(jié)構(gòu)，將提高模具成本。

圖8 斜楔式和鉸鏈?zhǔn)侥＞呓Y(jié)構(gòu)

i.凹模底部包圓角，對(duì)回彈有好處，這樣圓角部位局部成形應(yīng)力大，塑性變形明顯，如圖9所示，這種方式再壓彎模具設(shè)計(jì)中，比較常用。

圖9 凹模底部包圓角壓彎

j.兩次彎曲90°的方式。

當(dāng)t≤0.3mm時(shí)，第一次壓彎時(shí)，折彎點(diǎn)外移0.1~0.2mm，角度一般為45°左右，第二次壓彎90°。

當(dāng)t≥0.3mm時(shí)，第一次的折彎點(diǎn)不用外移，角度一般為45°左右，第二次壓彎90°，如圖10所示，這種方式對(duì)90°成形的制件比較可行。

圖10 薄、厚板料的二次壓彎

k.油箱綁帶加強(qiáng)板的壓彎生產(chǎn)方案，經(jīng)過(guò)綜合分析，壓90°彎時(shí)，采用了（j）二次壓彎的方案。壓121.05°彎時(shí)，采用了增設(shè)加筋的方案和凹模底部包圓角的方案，具體沖壓方案如圖11所示。

圖11 加強(qiáng)板的沖壓方案

4 綁帶體的成形工藝分析

圖12所示綁帶體是高強(qiáng)度板，折彎角度要求較高，整個(gè)形狀要求與油箱的外形貼合。

在分析壓彎工藝時(shí)，需考慮與成形工藝相關(guān)的幾種因素：

大彎的壓彎成形比較復(fù)雜，材料強(qiáng)度高，材料薄，圓弧半徑大，壓彎角度大。在制定壓彎方案時(shí)，考慮了以下幾種措施：

（1）由于彎曲件形狀越復(fù)雜，其回彈量越小，故U形彎比V形彎的回彈小。因校正彎曲給出的彎曲力為最大的彎曲力，故校正彎曲成分越高，則回彈值越小。該制件雖然有U型彎的特征，但是壓彎半徑和角度均太大，不適用于這種成形方式，而且材料較薄，也不適于強(qiáng)壓彎。

（2）通過(guò)回彈量的公式計(jì)算，確定彎曲角和彎曲半徑的修正值（彎曲半徑一般取90%R）。當(dāng)r/t＜5時(shí)，可以只改變彎曲角度，彎曲半徑可以不變。在模具上，凸凹模之間的間隙等于最小板厚（模具間隙減小可以減小回彈），使制件回彈后滿(mǎn)足所要求的角度。對(duì)于回彈較大的U形件，可將模具底面做成反圓弧形狀，使該部位在卸載后產(chǎn)生負(fù)回彈，與圓角變形區(qū)的正回彈抵消，減小回彈量，如圖13所示。這種處理回彈補(bǔ)償?shù)姆绞皆谔幚韷簭澔貜棔r(shí)普遍使用，但是對(duì)回彈太大的情況，補(bǔ)償還是有困難或者又不能彎曲滿(mǎn)足。

圖13 修正模具補(bǔ)償回彈

（3）對(duì)大型彎曲件，采用拉彎成形法，使成形區(qū)的內(nèi)外層均處于塑性拉應(yīng)力和伸長(zhǎng)應(yīng)變狀態(tài)，卸載后，內(nèi)外變形區(qū)的回彈相互抵消，使彎曲件只產(chǎn)生很小的形狀變化。對(duì)中小型件，可以在彎曲模具上設(shè)計(jì)壓邊裝置，同時(shí)減小彎曲模具間隙，效果與拉彎工藝相似，可以有效地減小回彈，如圖14所示。這種方式對(duì)于大型厚板料制件比較適用，油箱綁帶體制件尺寸小，材料薄，又不能壓邊，所以不適用。

圖14 拉彎法和利用模具拉彎法

（4）特大圓弧彎曲的回彈方案。圖15中的制件壓彎角度135.38°，壓彎半徑R=80mm，成形時(shí)回彈較大。為了克服回彈，先計(jì)算制件的回彈補(bǔ)償角度和半徑，再將壓彎的凸、凹模按補(bǔ)償后圓弧半徑做邊長(zhǎng)為3mm的內(nèi)接正多邊形的凸凹模形式（鋸齒形凸、凹?？朔貜棧?，這樣塑性成形的變形點(diǎn)數(shù)增加，局部塑性變形更加明顯，整體效果是制件的回彈得到明顯改善，而且在成形完成的制件上表現(xiàn)出來(lái)的仍然是一個(gè)R=80mm的大圓弧，外觀感覺(jué)不到正多邊形的跡象。模具的關(guān)鍵部位形狀如圖15所示。

圖15 特大圓弧彎曲成形

5 結(jié)束語(yǔ)

彎曲變形工藝是沖壓工藝的一個(gè)重要組成部分，也是最典型的沖壓工藝，在沖壓行業(yè)中占有很大的比例。最終油箱綁帶制件的調(diào)試比較滿(mǎn)意，如圖16所示。

圖16 油箱綁帶制件

通過(guò)對(duì)沖壓彎曲變形的基本過(guò)程及成形原理的分析、影響彎曲回彈的各種因素利弊分析與歸納、以及減小和消除彎曲回彈的各種措施的總結(jié)，可為沖壓工藝的設(shè)計(jì)和在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，解決彎曲回彈提供一定的幫助。由于影響彎曲回彈的因素很多，如：模具制造狀態(tài)和沖壓條件（模具間隙、壓料力、成形力、鐓死力、凹模形狀等），都有一定的關(guān)系，可以從模具結(jié)構(gòu)上采取措施。在處理彎曲變形工藝的過(guò)程中，綜合權(quán)衡利弊，要針對(duì)具體的彎曲件選擇不同的方法抑制回彈或減小回彈的發(fā)生，確保彎曲件按照預(yù)期的措施解決回彈問(wèn)題，并使其質(zhì)量狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。