汽车冲压件回弹控制方法.pdf

A T M役界 汽车冲压件回弹控制方法 摘要 回弹是板材冲压成形过程的重要缺陷之一 严重影响着冲压件的成形质量和尺寸精度 是制造过程中很难有效克服的产品缺陷 它不仅降低了产品质量和生产效率 还制约着自动化冲压 生产线的实施 是汽车车身制造技术中亟待解决的关键性问题 针对汽车冲压件压弯成形出现的回 弹问题进行了分类 并对影响回弹的因素进行了分析 提出了多种控制回弹的措施 关键词 冲压件 回弹控制 中图分类号 TG30 文献标识码 B 1回弹缺陷分类 影响车身装配常见的回弹缺陷归纳为以下几类 如表1 长城汽车股份有限公司技术中心 王建中胡燕杰 河北省汽车工程技术研究中心 2影响回弹的主要因素 2 1材料性能 在弹性阶段内 材料的屈服极限越高 弹性模 量越大 其加工硬化现象越严重 弯曲变形的回弹 也越大 反之 则抵抗弹性变形的能力越强 回弹 值越小 2 2相对弯曲半径 相对弯曲半径越小 其回弹值越小 反之 则回 弹值越大 这就是曲率半径很大的工件不易弯曲成形 的原因 2 3弯曲中心角 弯曲中心角口值越大 表示变形区的长度越长 回弹累积值越大 造成回弹现象越严重 但对曲率半 径的回弹没有影响 2 4模具间隙研配情况 模具的相对工作部分之间都有1倍料厚的间隙 其间容纳产品 模具 JUT完毕都要对局部进行研配 201 1年第5期 汽车工艺与材料AT M I 1 A T M飙 界 以更好地实现材料流动 对于弯曲模具而言 其工作 部位间隙越大 回弹越严重 如果板料厚度允差越 大 回弹值越不稳定 就越不好确定模具合理间隙 2 5零件形状 不同零件形状对回弹的影响差距很大 如U型件 的回弹由于两边互受牵制而小于V型件 形状复杂的 弯曲件一次弯曲成形时 由于其各部分相互牵制以及 弯曲件表面与模具表面之间的摩擦影响 改变了弯曲 件各部分的应力状态 一般可以增大弯曲变形区的拉 应力 因而影响回弹量 如果再增加一次整形就好 多了 2 6成形方式 零件的弯曲方式严重制约着其回弹值 通常 校 正弯曲要比自由弯曲的回弹效果好 同一制件若要达 到同样效果 采用校正弯曲需要的校正力比自由弯曲 需要弯曲力大得多 如果采用两种方式对其施加相同 的力 最终得到变形区的应力应变状态与自由弯曲时 的结果也不相同 校正弯曲时的校正力越大 其回弹越小 因为极 大的校正弯曲力迫使变形区内 外侧均产生切向拉应 变 导致内 外侧纤维都被拉长 达到其成形效果 卸载后 变形区内 外侧都因弹性恢复而缩短 因内 侧回弹方向与外侧相反 使零件向外的回弹趋势相互 得到一定程度的缓解甚至消除 例如 V型零件校正 弯曲时 相对弯曲半径小于O 2 0 3 则回弹量 可能为零或负角 3回弹控制方法 在所有弹塑性金属板材弯曲成形过程中 在弯 曲变形区沿板厚方向均存在不均匀的应变分布 从而 导致不均匀应力的产生 当某一冲压件成形完毕 板 材体积内存在残余应力 在零件脱模前这些不均匀应 力与模具的接触力相平衡 当板材脱模后将寻找新的 力的平衡 局部残余应力被释放 导致成形件的最终 尺寸与模具形状尺寸存在一定的偏差 即出现回弹现 象 如图1 a 拉伸卸载的应力应变曲线 既不 区域 撵 b 板料弯曲后的卸载回弹特征 图1回弹过程应力和状态的变化 为减小弯曲变形产生的回弹 应该在满足产品 强度的条件下 尽可能选择屈服应力小的材料 高强 度钢板的屈服应力远高于普通金属板材 回弹量也会 很大 板材的厚度对弯曲回弹影响也很大 通常是板 料越厚 回弹量越小 工作部位的弯曲半径对回弹影 响也不可忽视 弯曲半径越小成形卸载后的回弹量越 小 因此 在板材可成形性允许条件下 应尽可能减 小弯曲半径值 3 1弯曲部位圆角 整形 采用整形方法直接改善弯曲部位应力达到减小 回弹的方法称为弯曲部位圆角R整形法 图2 通 过 部位整形 可以改变弯曲部位外侧和内侧应力的 分布区域 减小弯曲外部的拉应力区域 当 圆角值 调整到一定时达到塑性变形 当弯曲内部应力大于 外部应力时甚至出现负回弹 产品设计时 弯曲部 位R值应尽量在8 mm以下 使用弯曲部位R整形方 法时 和R6差值一般应小于3 mm 否则会影响冲 压件精度 3 2一道工序分2段弯曲 将一次弯曲成形分成2段弯曲成形 以此消除回 2 I汽车q 艺与材料AT M l 2 01 1年第5期 AT I 7碘 界 R Rh 拉延工序 整形工序 图2板料局部压缩减小回弹 弹 第一段的弯曲采用大间隙 一般取1 1 5 1 3倍料 厚 加工 因间隙大 板料倾斜 模具的弯曲半径也 大 使板料大致弯曲 第二段的弯曲是将第一段弯曲 的大弯曲半径值整形到小弯曲半径值 如图3 j 一 凸模 第一段弯曲 第二段弯曲 图3一道工序分2段弯曲 第一阶段变形的间隙要从最初的小间隙开始调 整 根据第二阶段控制回弹的效果而逐步放大 在第 二阶段弯曲变形时 由于采用小间隙易使模具磨损而 导致出现制件拉毛的问题 为了消除 制件拉毛 模具的凹模需进行表面硬化处理 3 3内侧圆角硬化 采用内侧圆角硬化的方法从弯曲部位的内侧进行 压缩 以消除回弹 在板材U型弯曲时 由于有两侧 对称弯曲 采用这种方法效果比较好 板材L型弯曲 时 L型弯曲时水平部分材料的压料力变弱 产品会 产生尺寸变化 从形状判断 弯曲部位压力弱 对于 既要保证强度又要具有弹性的成形件产品 该方法不 适用 另外 还可以变化S 圆角斤处的厚度变化量 的 尺寸来调整回弹量 如图4 往往由于压缩圆角而 使得翼面长度稍微变化 对于翼面高度容差小的产 品 有时需要展开长度的补偿 3 4成形硬化 使弯曲工具的侧壁翘曲 在钢板上留下硬化痕迹 互 J 201 1年第5期 汽车工艺与材料AT M l 3 J A T M褫 界 增加局部形状 在后道工序上消除增加的形状 图7消除残余应力 防回弹筋 图8增加防回弹筋 3 8负回弹 通过对加工工具表面进行特殊处理 使板料产生 负回弹 上模返回后制件回弹 通过负回弹和回弹达 到要求的产品形状 如图9 图9负回弹 3 9 C型面回冲 在 几 型高强度钢板成形时 采用C型面回 冲加工方法能有效减小回弹量 在第一次成形后 几 型板高度为a 宽度为b 第二次成形后 几 型板高度为a 宽度为b 回 中量等于a 一 a2 第二次成形为回冲翻边工序 二次成形后 b1 b 几 型件立面和法兰面变形量明显减小 从而 控制零件关键搭接部位的精度以满足总成的装配要 求 如图10 该方法在伺服电机冲压机床模具上 普遍采用 4案例 下面介绍公司某车型防撞梁采用冷冲压工艺解决 1号 2号 回冲量 第二次成形 拉延序 整形序 图10 C型面回冲 回弹的过程 4 1零件 如图1 1 防撞梁内板采用DOCOL 860高强度 板 安装要求较高 制件回弹很难控制 图11防撞梁内板 4 2冲压工艺方案 对零件形状特征及材质进行分析后 决定采用工 艺方案为首序拉延 共用4道工序完成冲压全过程 分另0为OP1 0 DR OP20 TR PI OP30 FL RST OP40 Pl CPl CUT 图12为拉延工序的工具体 图12拉延工序的工具体 凹模 压边圈 凸模 4 f汽车T艺与材料AT M 201 1年第5期 凸 AT M碘界 4 3存在问题 零件回弹严重 高度方向最大回弹1 5 mm 宽 度方向最大回弹7 mm 如图13 4 4原因 此制件材料为瑞典进口 DOCOL 860 抗拉强 度大于800 MPa 冲压工艺设计时按照普通制件进行 了回弹补偿 制造过程也未采用控制回弹的方法 终 因回弹补偿过小制件严重回弹 4 5解决方案 采用CAE分析对比实际零件回弹情况 经模拟 分析定出回弹补偿为长度方向1 5 mm 宽度方向 补偿7 mm 如图1 4 同时 用研配的方法改善 模具间隙 宽度方向凸模月角在整形工序做适当减 小处理 回弹 补 回弹 图13回弹 实际装配验证各项尺寸均满足使用要求 参考文献 图14补偿 4 6效果验证 采用回弹补偿法对模具整改后 回弹量仅有2 mm 如图15 i i 步调整后达到设计要求 一 图15改善后效果 1 黄智 等自适应模糊神经网络在板料弯曲回弹预测 中的应用 J 计算机仿真 2003 1 1 2 薛松 等保险杠内板成形回弹模拟分析及工艺控制 J CMET锻压装备与制造技术 2005 4 3 钟志华 等 汽车车身 中压工艺与模具关键技术研究 J 机械工程学报 2003 39 12 5 4 崔令江汽车覆盖件冲压成形技术 M 北京 机械 z lbm 版社 2003 5 5 卫原平 等板料成f CAD CAE系统集成的关键技 术中国机械工程学会锻压学会第五届冲压学术年论文集 南昌 1996 6 宛强冲压模具设计及实例精解 M 北京 化学工 业出版社 2008 4 圈 20 1 1年第5期 汽车工艺与材料AT M 5