高強(qiáng)鋼制件回彈控制方法

楊杰強(qiáng)　孫紀(jì)樂(lè)

摘 要：回彈現(xiàn)象會(huì)對(duì)高強(qiáng)鋼制件的尺寸精度、質(zhì)量造成直接影響，而且高強(qiáng)鋼自身特性也會(huì)對(duì)其制件造成影響，回彈屬于難以控制的問(wèn)題，屈服強(qiáng)度越大，其回彈量越大。因此，本文主要闡述高強(qiáng)鋼制件回彈類型以及影響因素，分析回彈測(cè)量方法，探究高強(qiáng)鋼制件回彈控制方法以及避免高強(qiáng)鋼制件出現(xiàn)回彈措施。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼;回彈;影響因素;控制方法

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車逐漸向著輕量化方向發(fā)展，高強(qiáng)鋼制件的應(yīng)用也就成為了決定汽車輕量化發(fā)展的因素。然而，高強(qiáng)鋼制件自身材料強(qiáng)度較高，制件成型存在一定困難，制件會(huì)出現(xiàn)變形、扭曲或回彈情況，導(dǎo)致汽車車身尺寸的精度較低，整體性較差。高強(qiáng)鋼制件在成型過(guò)程中，對(duì)工裝的磨損較大，會(huì)對(duì)模具的使用壽命造成影響而且高強(qiáng)鋼制件的質(zhì)量不穩(wěn)定，在實(shí)際使用過(guò)程中容易出現(xiàn)回彈情況，因此，需要采取有效措施預(yù)防回彈現(xiàn)象的發(fā)生，明確回彈類型和影響因素，實(shí)現(xiàn)回彈現(xiàn)象的控制。

2 高強(qiáng)鋼制件回彈類型以及影響因素

一般高強(qiáng)鋼回彈是材料塑形成型后，隨著變形應(yīng)力的消失，在成型過(guò)程中儲(chǔ)存的彈性變形會(huì)被釋放出來(lái)，產(chǎn)生應(yīng)力重組，導(dǎo)致制件整體形狀發(fā)生改變。根據(jù)對(duì)車型模具開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)得出，高強(qiáng)鋼制件中沖壓件的回彈類型主要有六種，即回彈（也被稱為角度變化，主要是制件的彎曲邊緣線偏離檢具）、負(fù)回彈、側(cè)壁卷曲（板料在彎曲的過(guò)程中，由于應(yīng)力分布不均勻所導(dǎo)致）、整體形狀扭曲、拉延制件扭曲和局部型面卷曲等。

影響高強(qiáng)鋼制件回彈的影響因素主要包含七方面：①材料性能。在高強(qiáng)鋼彈性階段內(nèi)，材料體現(xiàn)出來(lái)的屈服極限越高，其彈性模量越大，產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象越嚴(yán)重，彎曲變形的回彈也越大;反之，材料體現(xiàn)出來(lái)的抵抗彈性變形能力就越強(qiáng)，回彈值越低。②相對(duì)彎曲半徑。相對(duì)彎曲半徑越大，產(chǎn)生的回彈值就越小，相反就會(huì)越大。③彎曲中心角。假如彎曲中心角越大，變形區(qū)的長(zhǎng)度和回彈累計(jì)值就會(huì)逐漸增大，回彈現(xiàn)象就會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，但是不會(huì)對(duì)曲率半徑的回彈造成影響。④模具間隙研配。模具的相對(duì)工作部位之間都有一定的間隙，通常是1倍材料厚度，能夠在間隙中容納產(chǎn)品。在模具加工完成后，需要進(jìn)行局部研配，才能保證材料的流動(dòng)效果。⑤零件自身形狀。高強(qiáng)鋼制件自身形狀扭曲，存在多個(gè)“S”造型，而且還存在左右不對(duì)稱的設(shè)計(jì)，很容易導(dǎo)致制件出現(xiàn)扭曲回彈。不同的制件對(duì)回彈的影響也不同，比如，u型制件，由于其兩邊互相受到牽制，導(dǎo)致其回彈量會(huì)低于V型制件。⑥成型方式。高強(qiáng)鋼制件的形成方式會(huì)直接影響回彈值。通常而言，拉延模會(huì)比成型模的回彈效果好。⑦整形力。在對(duì)高強(qiáng)鋼制件進(jìn)行整形的過(guò)程中，整形力越大，產(chǎn)生的回彈值就會(huì)越小，這是由于大的整形力能夠促使變形區(qū)內(nèi)外側(cè)都產(chǎn)生切向拉應(yīng)變，導(dǎo)致內(nèi)外側(cè)纖維都被拉長(zhǎng)，并達(dá)到成型效果。在卸載后，變形區(qū)的內(nèi)外側(cè)都會(huì)因?yàn)閺椥曰貜?fù)而縮短，由于內(nèi)側(cè)和外側(cè)的回彈方向相反，導(dǎo)致制件向外的回彈趨勢(shì)會(huì)緩解或消除。

3 回彈測(cè)量的方法

目前針對(duì)高強(qiáng)鋼制件回彈測(cè)量的方法主要有兩種：（1）基于標(biāo)準(zhǔn)夾具的測(cè)量法。夾具的輪廓制作主要是將目標(biāo)零件的輪廓同時(shí)偏置一個(gè)距離所得，在定位點(diǎn)夾緊之后，能夠通過(guò)手動(dòng)或者利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的方式對(duì)待測(cè)零件和夾具之間的間隙進(jìn)行測(cè)量，將固定有A柱加強(qiáng)板的檢具放置在三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的床臺(tái)上，利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x定義基準(zhǔn)之后，操控測(cè)量針進(jìn)行打點(diǎn)檢測(cè)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示并保存已打過(guò)點(diǎn)的回彈信息，并通過(guò).PDF格式文件導(dǎo)出來(lái)，測(cè)量的間隙減去偏重距離，進(jìn)而得出回彈值。（2）基于凹模的測(cè)量法。這種方法直接將待測(cè)零件安放在凹模上，不需要采用任何夾緊措施，進(jìn)而選取特征點(diǎn)，再通過(guò)應(yīng)用激光掃描或者白光照相測(cè)量等方式，獲取特征點(diǎn)的幾何信息，進(jìn)而利用這些掃描點(diǎn)信息和標(biāo)準(zhǔn)零件的CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而得出回彈量。

4 高強(qiáng)鋼制件回彈控制方法

4.1 R角部位整形回彈控制法

該方法主要是利用整形的方式，對(duì)之間的彎曲部位的應(yīng)力進(jìn)行改善，進(jìn)而達(dá)到減少回彈值的目的。如圖1所示。通過(guò)對(duì)R角部位進(jìn)行整形，能夠?qū)澢课坏膬?nèi)側(cè)、外側(cè)應(yīng)力的分布區(qū)域進(jìn)行改變，減少?gòu)澢课坏睦瓚?yīng)力區(qū)域，當(dāng)尺圓角調(diào)整到一定程度上時(shí)，能夠達(dá)到塑性變形，而且當(dāng)彎曲內(nèi)部應(yīng)力大于外部應(yīng)力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)負(fù)回彈情況。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中，R值應(yīng)該盡可能控制在8mm以內(nèi)。對(duì)彎曲部位進(jìn)行R角整形的過(guò)程中，拉延工序凹模Ra角和整形工序凹模Rb角之間的差值一般控制在5mm以內(nèi)，否則就會(huì)對(duì)高強(qiáng)鋼制件的精度造成影響。例如，某車型的左右B柱內(nèi)板拉延工序局部角為10mm，后續(xù)整形工序角為5mm。

4.2 內(nèi)側(cè)圓角硬化回彈控制方法

該方法主要是對(duì)彎曲部位的內(nèi)側(cè)進(jìn)行壓縮從而達(dá)到消除回彈目的的方法。對(duì)于u型零件，由于其兩側(cè)產(chǎn)生對(duì)稱彎曲情況，可以采用該方法進(jìn)行解決。對(duì)于L型零件，同城面部分的材料壓料力較弱，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)尺寸差異，可以從形狀進(jìn)行判斷，彎曲部位的壓力較弱。對(duì)于既要保證強(qiáng)度也要保證彈性的成型構(gòu)件，不適合使用該回彈控制方法。另外，還可以通過(guò)對(duì)圓角R處的厚度變化量進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)回彈量調(diào)整。

4.3 成型硬化回彈控制方法

這種方法在使用過(guò)程中容易使彎曲工具的側(cè)壁翹曲，在鋼板上留下硬化痕跡。通常硬化筋會(huì)劃傷高強(qiáng)鋼制件，因此，在使用該方法時(shí)需要結(jié)合構(gòu)件的特點(diǎn)進(jìn)行選擇，一般硬化痕跡被應(yīng)用在非變薄面上，這種回彈控制方法適用于較厚的板材中，板材越厚使用效果越好。

4.4 2次成型控制回彈方法

如圖2所示，是利用2次成型方式，對(duì)板內(nèi)外側(cè)應(yīng)力進(jìn)行消除的方式，是一種控制回彈的有效方式。在圖中，“H”為第一次制件成型的高度，“H+H”為第二次制件成型高度。在2次成型之后，高強(qiáng)鋼之間的內(nèi)應(yīng)力較小，品質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，但是這種方式的使用會(huì)導(dǎo)致模具加工的工序增多，也增加模具的制造成本。

4.5 開(kāi)發(fā)軟模回彈控制方法

高強(qiáng)鋼制件由于制件扭曲回彈量不容易被控制，回彈值屬于變化數(shù)值，在模具開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，通常開(kāi)發(fā)一些簡(jiǎn)單的軟模或?qū)嶒?yàn)鑲塊，通過(guò)多次試驗(yàn)之后，確定制件的扭曲回彈值，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，再開(kāi)發(fā)正式的模具。

4.6 負(fù)回彈控制方法

采用該方法，能夠?qū)庸すぱb的表面進(jìn)行特殊性處理，讓板料產(chǎn)生負(fù)回彈現(xiàn)象。上模返回后制件回彈，可以通過(guò)負(fù)回彈以及回彈的形式，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品達(dá)到要求。

4.7 增加防回彈筋消除回彈

在保證原高強(qiáng)鋼制件功能或者性能的要求下，可以通過(guò)增加防回彈筋的方式改變產(chǎn)品形狀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)回彈的控制和改善。比如，某車型左右側(cè)圍門(mén)檻梁前段由于制件回彈，在制件型面增加回彈筋，在完成整改之后，會(huì)消除制件的回彈，提升改善效果。

4.8 回彈工藝補(bǔ)償

該方式主要是對(duì)拉延模型面采用回彈工藝補(bǔ)償方式。由于A柱加強(qiáng)板在AutoForm中有四項(xiàng)模擬工藝，分別為拉延、修編、翻邊整形和沖孔等，假如A柱加強(qiáng)板最終正負(fù)回彈均大于所要求的0.8毫米范圍，可以采用拉延回彈工藝進(jìn)行補(bǔ)償。在拉延之后最大正向回彈為3.774mm，最大負(fù)向回彈為-3.728mm，產(chǎn)品最終的正向最大回彈為3.449mm，負(fù)向最大回彈為-3.025mm，二者相差不大。假如僅對(duì)拉延工序進(jìn)行補(bǔ)償，那么在拉延之后的修邊，就會(huì)由于修邊刀剪切板料時(shí)的刀具和板料的劇烈擠壓和摩擦作用下，出現(xiàn)邊緣回彈增加的情況，進(jìn)而進(jìn)行翻邊整形，避免制件中間被壓料板固定，部分回彈也沒(méi)有發(fā)生改變。

5 避免高強(qiáng)鋼制件出現(xiàn)回彈措施

第一，選擇合適的材料。在滿足相關(guān)要求的情況下，盡可能選擇屈服極限較小、彈性模量大的材料，減少并消除回彈值。第二，設(shè)計(jì)合理的零件結(jié)構(gòu)。在不改變?cè)萍δ艿那闆r下，對(duì)產(chǎn)品形狀進(jìn)行改變，可以對(duì)彎曲件進(jìn)行翻邊或者疊邊處理。第三，設(shè)置合理的模具間隙。對(duì)于U型彎曲來(lái)說(shuō)，其回彈會(huì)隨著凹模開(kāi)口深度增加而減少，會(huì)隨著模具間隙減少減少回彈量;對(duì)于V型彎曲來(lái)說(shuō)，要注意和模的高度。

6 總結(jié)

總之，高強(qiáng)鋼的回彈一直是制件研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，在實(shí)際對(duì)制件進(jìn)行沖壓的過(guò)程中，回彈比較難以量化，容易導(dǎo)致制件出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，影響制件尺寸的準(zhǔn)確性。在對(duì)高強(qiáng)鋼制件回彈進(jìn)行控制的過(guò)程中，明確回彈類型以及影響因素，結(jié)合具體情況，選擇合適的回彈控制方法，選擇合適的材料、設(shè)施合理的零件結(jié)構(gòu)和模具間隙，避免高強(qiáng)鋼出現(xiàn)回彈情況。

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