基于光學測量的高強鋼沖壓回彈補償應用方法

王志強，賈治域，張玉欣，韓曉林

基于光學測量的高強鋼沖壓回彈補償應用方法

王志強，賈治域，張玉欣，韓曉林

（北京汽車有限公司汽車研究院，北京 101300）

文章以某車型中通道本體為例，詳細闡述了高強度鋼板類復雜零件在成型中產生回彈缺陷的原因，立足零件從產品設計、工藝設計到現場調試的全生命周期，基于光學測量數據，提供完整解決高強鋼成型回彈的方法。

中通道本體；工藝設計；回彈

1 前言

在輕量化車身的需求下，高強鋼的使用可以將傳統汽車用鋼厚度1.0-1.2mm減薄至0.7-0.8mm，整車減重15%-20%，因此高強鋼在車身上的應用比例逐年增高。由于高強度鋼板屈服強度高，塑性低等特點，極易產生扭曲、回彈等成型缺陷[1-2]。

中通道本體結構作為車身的重要組成部分，涉及到汽車在正面、側面碰撞過程中的安全性，同時它的質量好壞嚴重影響白車身整體質量，成形過程中易產生起皺、塌陷、側壁彎曲回彈等缺陷，因此如何保證中通道本體的零件質量尤為重要。現在的傳統車企采用仿真與現場經驗相結合的方式對產品缺陷進行改善，效率較低，本文以某車型高強鋼中通道零件為例，采用光學設備測量零件狀態，通過數據對比及分析，有效消除零件回彈及扭曲缺陷，總結了該零件成型缺陷及從設計、調試等方面解決成型缺陷問題，確保零件質量的方法，提高了高強鋼零件現場修正效率。

2 產品要求及缺陷分析

如圖1所示，本文中通道本體為HC340/590的高強鋼“幾”字形零件，料厚0.8mm，最大深度172mm。

圖1 中通道零件

此類“幾”字形零件成形后側壁會呈開口趨勢，主要由于兩側壁的彎曲回彈造成[3-5]，在模具上模壓力卸載后截面的兩側壁會在圓角根部彎曲區域產生彈性回復，使側壁繞圓角軸線向外旋轉，導致截面下開口量比上開口大[6-8]，如圖2及圖3所示。

圖2 拉延回彈

圖3 翻邊回彈

現場零件在成型后出現間隙超差，頂面拉延不足導致型面塌陷的問題，如圖4：

（1）零件設計存在剛性差問題，根據Hollomon關系式，S=Ken，“幾”字形零件頂部未設計特征筋，由于零件頂面平緩，拉延不充分，導致材料沒有進行塑性變形，此處焊點無法保證；

（2）OP10工序板料流動經過圓角后產生彎曲，反弧補償不充分，造成零件放入OP30工序時零件與模具干涉0.5mm

（3）OP40工序模具頂面設計了取件避讓口，導致頂面材料無法壓緊；

（4）OP40工序U形槽底面深度不足，造成零件被頂起，導致零件頂面起皺，上模吸料；

（5）由于HC340/590DP材料強度大，成形后側壁回彈嚴重，OP10、OP30、OP40模具未進行足夠的回彈補償，導致零件貼合面間隙超差（3-5mm），如圖2，3；

（6）OP40工序沒有定位銷，零件竄動，導致整形后零件變形，如圖4。

圖4 零件沖壓缺陷

3 解決方案

從產品設計到模具更改的解決方案：

3.1 產品設計修正（加筋）

如圖5，在塌陷位置增加高度3mm的形狀筋，通過結構優化對此位置的配接進行增強，同時使此位置板料進入塑性變形，增加結構支撐性及穩定性。

圖5 產品修改

3.2 光學掃描校正

如圖6對比，在傳統的零件調修方案中，采用檢具對零件回彈量進行測量，無法完整評估零件各區域的變行情況，因此需要經過多輪測量調試的循環，才能夠獲得合格零件，采用白光掃描的方案，能夠獲得逆向數據，通過逆向數據與設計數據的比對，可以獲得完整的零件變形參數，判斷變形趨勢，因此能夠大大減少零件的調試周期。

圖6 調試方案對比

現場零件白光掃描結果與原始數據對比分析得到產品回彈量根據掃描各斷面線長度，對不同的超差區域制定1.0~1.2的回彈補償系數，如圖7。

圖7 光學掃描校正

3.3 工藝設計優化

設置側整工序，拉延模做回彈補償后剩余回彈（約1-2）mm及側彎在側整消除，如圖8。

圖8 側整形工序

模具修正：

（1）拉延模修改

1）因拉延時側壁彎曲（0.8-1mm），在拉延模做回彈補償1mm，如圖9。

圖9 回彈補償

2）由于拉延切邊后回彈，OP30側整零件放到模具上干涉，無法整形，修正OP10，將干涉處在拉延序角度放大2°，見圖10。

圖10 模具修改

（2）OP10模具修改后，零件放到OP30模具無干涉狀態下，OP30側整，白光掃描OP30結果，根據掃描各斷面線長度，對不同的超差側壁區域制定1.0~1.2的回彈補償系數，線長度越長，補償系數越大，側整形模具做從開口處到長方向600mm處做3.5mm-0過渡補償（見圖11、12）。

圖11 OP30白光掃描結果

圖12 OP30模具修改量

圖13 OP40白光掃描結果

（3）OP30側壁回彈調整到位后，OP40整底部筋槽及法蘭面，模具要求底部敦實，整形后，筋槽及法蘭面回彈，根據掃描結果及制件在檢具上的狀態，按1：1比例修正OP40模具，如圖13、14。

圖14 OP40在檢具上狀態

根據以上結果，調整模具：

1）筋槽回彈調整，如圖15。

圖15 筋槽回彈調整

2）法蘭面調整，如圖16：

圖16 法蘭面調整

（4）修邊線調整

因OP10拉延角度放大，導致最后整形后，零件邊線比數據單邊超差1-1.5mm，形狀調試合格后，調整OP20、OP50修邊線。

（5）經過白光掃描及工程師多年的技術經驗結合，材料為HC340/590的高強度鋼板，經三輪調試，單件及總成在檢具上合格率均超過95%，比以往相同難度零件調試周期節省最少2個月，如圖17。

圖17 零件檢測合格狀態

4 總結

傳統的回彈調試方法需要5次以上的調試整改周期才能夠獲得合格零件，而采用白光掃描技術后，結合設計及調試工程師經驗，制定整套調試方案及計劃，只經過三次的模具修正，所獲零件即符合檢具要求。因此針對高強鋼典型零件回彈問題，適當采用白光掃描技術對回彈問題進行測量分析，并通過仿真分析及技術經驗的疊加，能夠大大提升回彈補償的調試效率。

針對高強鋼薄板零件缺陷防治，應做到以下幾點：

（1）零件設計應保證零件成形后剛度。

（2）成形工藝要正確，對高強鋼、超高強鋼零件要必須安排側整工序。

（3）高強鋼零件因成形時側壁彎曲，拉延工序要做側彎補償及回彈補償，剩余回彈在后續側整完成。

（4）根據經驗及掃描數據選擇正確的回彈系數。

（5）補償值要根據全部工序統籌制定。

（6）白光或藍光掃描與經驗結合可有效縮短零件回彈調整周期。

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Application method of high-strength steel stamping springback compensation based on optical measurement

Wang Zhiqiang, Jia Zhiyu, Zhang Yuxin, Han Xiaolin

( Beijing Automobile Co., Ltd. Automotive Research Institute, Beijing 101300 )

Using middle channel as an example, this paper describes the reason of high stress steel springback. The study focuses on whole product life cycle from product design, process design to plant adjustment. Based on optical measurement data, a complete method in solving high stress steel springback defect is provided.

Middle channel; Process design; Springback

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.046

U466

A

1671-7988(2021)04-150-04

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1671-7988(2021)04-150-04

王志強，就職于北京汽車有限公司汽車研究院。