王有祿 吳青松

(1.武漢鋼鐵有限公司 營(yíng)銷中心 湖北 武漢：430080；2.武鋼研究院 湖北 武漢：430080)

高強(qiáng)度汽車(chē)用鋼彎曲回彈研究

王有祿1吳青松2

(1.武漢鋼鐵有限公司 營(yíng)銷中心 湖北 武漢：430080；2.武鋼研究院 湖北 武漢：430080)

回彈是高強(qiáng)度板料成型過(guò)程中不可避免的現(xiàn)象，會(huì)直接影響到?jīng)_壓零件尺寸精度。通過(guò)與某汽車(chē)廠開(kāi)展零件精度控制技術(shù)合作，通過(guò)試樣厚度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、試樣方向以及壓邊力等因素對(duì)高強(qiáng)鋼板回彈進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)：回彈值隨板料厚度的增加而減小。此外，較大的壓邊力以及選擇屈服強(qiáng)度較小的材料均可減小回彈值。

高強(qiáng)鋼；汽車(chē)用鋼；回彈量；回彈；分析

回彈是沖壓成形中不可避免的一種物理現(xiàn)象。板料在沖壓成形時(shí)發(fā)生的變形由彈性變形和塑性變形兩部分組成，外力卸載后，塑性變形區(qū)的材料保存殘余變形使零件成形，而彈性變形區(qū)材料以及塑性變形區(qū)材料的彈性變形部分將發(fā)生彈性恢復(fù)，使沖壓件形狀、尺寸發(fā)生與加載時(shí)變形方向相反的變化，這種現(xiàn)象稱為回彈。

回彈是汽車(chē)覆蓋件沖壓成形中存在的一種主要質(zhì)量缺陷，是沖壓模具制造和工藝參數(shù)確定時(shí)非常棘手的問(wèn)題?；貜椏砂l(fā)生在任一種沖壓成形過(guò)程中，如彎曲、拉深、翻邊、脹形、擴(kuò)口和縮口等。由于沖壓件的最終形狀取決于成形后的回彈量，故回彈現(xiàn)象的存在對(duì)零件的形狀、尺寸精度有著重要影響，也給焊裝等后續(xù)工序順利進(jìn)行帶來(lái)困難，影響整車(chē)裝配效率。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，為了減輕質(zhì)量、節(jié)約能源、提高安全性，大量使用高強(qiáng)度金屬薄板，對(duì)薄板殼類零件成形精度的要求越來(lái)越高，回彈問(wèn)題成為了關(guān)注的熱點(diǎn)。本文通過(guò)不同條件下的回彈半徑測(cè)算分析，找到了影響回彈的主要因素，為汽車(chē)廠選材用材、沖壓工藝的優(yōu)化提供了相應(yīng)依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

為分析不同條件下對(duì)回彈的影響，準(zhǔn)備了不同強(qiáng)度級(jí)別及厚度的材料，見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)材料

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及方法

試驗(yàn)中用到的回彈試驗(yàn)機(jī)見(jiàn)圖1，按照GB/T 22565拉彎回彈試驗(yàn)方法進(jìn)行回彈試驗(yàn)。沖頭直徑r為200mm，試驗(yàn)速度40mm/s，沖壓行程77mm。試驗(yàn)之后，將拉彎回彈的試樣形狀測(cè)繪在圖紙上，然后掃描圖紙，將掃描的圖片導(dǎo)入CAD軟件中，測(cè)出回彈后試樣的彎曲半徑r′，由此即可計(jì)算回彈量η=(r′-r)/r′。

圖1 回彈試驗(yàn)機(jī)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

回彈試驗(yàn)之后試樣見(jiàn)圖2，回彈的試樣形狀測(cè)繪在圖紙上見(jiàn)圖3。根據(jù)測(cè)試結(jié)果可知，試樣厚度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、試樣方向以及壓邊力等對(duì)結(jié)果具有一定的影響。

圖2 回彈之后試樣

圖3 彎曲試樣形狀測(cè)繪

2.1 厚度對(duì)回彈的影響

圖4和圖5為厚度影響回彈量的曲線，隨著試樣厚度的增加，回彈量逐漸減少，也即說(shuō)明試樣越薄，沖壓回彈將會(huì)加大。

圖4 厚度對(duì)回彈量的影響(HC340/590DP)

圖5 厚度對(duì)回彈量的影響(HC340LA)

2.2 強(qiáng)度對(duì)回彈量的影響

作回彈量與屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比的關(guān)系圖，見(jiàn)圖6、圖7和圖8。從圖中可知隨著屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的增加，試樣的回彈量增加，說(shuō)明材料的強(qiáng)度增加，回彈量會(huì)增加，但哪一個(gè)性能指標(biāo)是決定材料回彈量的關(guān)鍵因素。進(jìn)一步分析屈強(qiáng)比與回彈量的關(guān)系，見(jiàn)圖7，回彈量與屈強(qiáng)比的關(guān)系并不是成正比關(guān)系，隨屈強(qiáng)比的變化，回彈量在一定值上上下波動(dòng)。綜上所述，抗拉強(qiáng)度是決定材料回彈的關(guān)鍵因素。

圖6 屈服強(qiáng)度對(duì)回彈量的影響

圖7 抗拉強(qiáng)度對(duì)回彈量的影響

圖8 屈強(qiáng)比對(duì)回彈量的影響

2.3 壓邊力影響因素

從試驗(yàn)結(jié)果中選取部分?jǐn)?shù)據(jù)，作回彈量與壓邊力的關(guān)系圖，見(jiàn)圖9。壓邊力由20kN逐步增加至50kN，材料的回彈量減少，實(shí)際沖壓工藝中可以應(yīng)用此規(guī)律。

2.4 軋制方向影響因素

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)還可知，試樣的軋制方向?qū)貜椧簿哂幸欢ǖ挠绊?，?jiàn)圖10，整體趨勢(shì)是縱向試樣回彈量要比橫向試樣回彈量稍大，但試樣軋制方向并不是影響回彈的重要因素。

圖10 軋制方向?qū)貜椓康挠绊?/p>

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)不同厚度、壓邊力、強(qiáng)度、軋制方向分析，得出以下主要結(jié)論：

(1)一定條件下，較小壓邊力，回彈隨板料厚度的增加而減小，而在較大壓邊力下則會(huì)先增大、后減小，且隨著壓邊力的增加回彈顯著減??；

(2)材料性能對(duì)拉彎回彈具有決定性的影響，且隨著材料抗拉強(qiáng)度的增加回彈變大。

(3)試樣軋制方向并不是影響回彈的重要因素。

回彈實(shí)質(zhì)上是一個(gè)彈性卸載過(guò)程，由于彎曲件形狀的復(fù)雜性，可能伴有局部加載過(guò)程，零件的最后回彈形狀是其整個(gè)成形過(guò)程的累積效應(yīng)，而板料成形過(guò)程與模具幾何形狀、材料特性、摩擦接觸等眾多因素密切相關(guān)，所以板料成形回彈問(wèn)題是非常復(fù)雜的。因此，對(duì)影響回彈的因素進(jìn)行系統(tǒng)的研究，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)回彈量，并在模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)回彈進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)提高沖壓件的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率具有重要意義。

[1] 溫彤，等．DP800高強(qiáng)度板沖壓回彈的影響因素及其控制[J]．金屬鑄鍛焊技術(shù)，2011，40(21)：70-73．

[2] 焦明華，于軍濤，解挺，等．板材沖壓成形回彈模擬的評(píng)述[J]．鍛壓技術(shù)，2007，32(6)：1-6.

[3] 聶昕．板料沖壓成形的回彈研究及其在工程上的應(yīng)用[D]．長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2004.

[4] CHAN W M，CHEW H I．Finite element analysis of spring-back of V-bending sheet metal forming processes[J]．Journal Of Materials Processing Technology,2004，(148)：15-24．

[5] S．Morimoto，Y．Takeda，and T．Hirasa．current Phase control methods for permanent magnet synchronous motors[J]．IEEE Transactions on Power Electron,1990,5(2)：133-139．

[6] 吳義江，趙耀．高強(qiáng)度鋼厚板冷彎成型及回彈分析[J]．中國(guó)造船，2014，4(211)：1-2.

ResearchonBendingSpringbackofHighStrengthAutomobileSteel

Wang Youlu1Wu Qingsong2

(1.Marketing Center of WISCO, Wuhan 430080, Hubei; 2.Research and Development Center of WISCO, Wuhan 430080, Hubei)

Springback is unavoidable in the modeling process of high strength plate which affects size precision of stamping parts. The researchers of this paper cooperate with an automobile plant to work on the parts precision control. Through analysis of factors of thickness of samples, yield strength , tensile strength , direction sampling and blank holder force, it is found that springback value decreases as thickness of plate increases. Springback value also decreases along with larger blank holder force and weaker yield strength.

high strength steel; springback; analysis

TG142.1+5

A

1671-3524(2017)02-0013-04

(責(zé)任編輯：李文英)

2016-11-14

2017-05-01

王有祿(1984～)，男，工程師.E-mail：wang.youlu@163.com