超高強度鋼板Docol1200M溫彎曲回彈研究

趙陽，伍玉琴，劉斌，段磊

(重慶理工大學重慶市模具工程技術(shù)研究中心，重慶 400054)

回彈是板料在沖壓成形后，成形件從模具中取出后產(chǎn)生與加載方向相反的回復現(xiàn)象。當零件的回彈量超過產(chǎn)品的允許誤差時，就成為缺陷，以至影響產(chǎn)品的幾何精度[1]。由此可見，研究超高強度鋼板成形時的回彈對超高強鋼板的成形性研究有重要意義。

1 溫彎曲成形實驗

1.1 實驗設備及模具

實驗時，主要利用400 kN的曲柄壓力機提供壓力，通過行程控制實驗過程。加熱設備采用箱式加熱爐，利用溫控設備進行溫度的控制與調(diào)節(jié)，板料加熱后直接移至模具彎曲，然后用萬能游標角度尺對彎曲件進行測量。

筆者參照國家標準設計了實驗方案，并設計制造了模具[2]。V形彎曲采用的模具成形角度為90°，彎曲半徑為8 mm，U形彎曲模具凸模的彎曲半徑為8 mm，如圖1，2所示。

圖1 V形彎曲模具Fig.1 V bending mould

圖2 U形彎曲模具Fig.2 U bending mould

1.2 具體實驗過程

實驗時，首先將板料置于加熱爐內(nèi)加熱到設定溫度保溫15 min使其加熱均勻，然后移至模具上進行實驗。板料在從加熱爐移至模具的過程中，與空氣會產(chǎn)生熱交換現(xiàn)象。由計算可知，板料由加熱爐移至模具需要2 s左右，在移動過程中，大約每秒換熱20℃，所以在加熱板料時對每個設定溫度多加40℃，以保證在彎曲時達到實驗所需的溫度[3]。

為了保證實驗的精確度，板料的制作需無毛刺，并且對每個設定的試驗點進行多次重復實驗，通過求多個平均值確保實驗精度。在做成形極限實驗時，對材料進行正反兩面實驗各2次(主要指合格試件)。在驗證回彈規(guī)律時，對每個實驗點做3個合格試件，然后取平均值。

對每個溫度各取3個以上板料彎曲件，以不出現(xiàn)起皺、破裂等缺陷為合格，然后對成形后的零件采用角度尺進行測量，計算相應的回彈角度[4]。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 V形彎曲時溫度對回彈角度的影響

實驗得到的零件如圖3所示，零件的排列從左至右分別是20℃(室溫)至500℃所對應的零件，并將得到的回彈角度值與模擬值對比，見表1。

為了量化分析回彈現(xiàn)象，特引入回彈角度變化率 φ，其計算公式為[5]:

圖3 不同溫度下V形彎曲的試樣Fig.3 The samples of V bending in different temperatures

表1 各溫度下V形彎曲的回彈角度對比Table1 The comparison of V bending springback angles in different temperatures

從實驗結(jié)果得出以下結(jié)論。

1)物理實驗時，回彈角度由20℃(室溫)的15.7°降至了500 ℃的6.8°，回彈角度的變化率根據(jù)公式(1)計算得:

第1段20(室溫)～200℃:φ1= －2.34%。

第2段200～300 ℃:φ2=3.1%。

第3段300～500 ℃:φ3= －3.95%。

在整個溫度區(qū)間，回彈角度的平均變化率為－1.87%，即為在溫成形范圍內(nèi)，溫度對V形彎曲回彈角度的變化率為每增加100℃，回彈角度即會減小1.87°;在200 ～300 ℃區(qū)間，變化率為3.1%，溫度每增加100℃，零件的回彈角度反而增大了3.1°;在300～500℃區(qū)間，變化率為－3.95%，溫度每增加100℃，零件的回彈角度減小了3.95°，利于成形。

2)在物理實驗值中，材料的回彈角度都是隨著溫度的升高而減小。由于材料在300℃時發(fā)生藍脆現(xiàn)象，導致強度反而比前面的溫度要高，使回彈角度的減小不明顯，甚至有增加的現(xiàn)象。

3)在物理實驗中，超高強度鋼板溫彎曲時的回彈值都比較大，500℃時的回彈值為6.8°。雖然溫度對減小回彈有一定作用，但是在其它因素的綜合作用下，零件的綜合回彈角度還是比較大。這主要是由于材料具有超高強度，雖然溫度能在一定程度上減小材料的強度，但是降低后的強度相對于其它普通材料來說，仍然比較高，所以材料溫彎曲后的回彈角度還是比較大。

2.2 U形彎曲時溫度對回彈角度的影響

實驗得到的零件如圖4所示，從左至右分別是20℃(室溫)至500℃所得的零件，并且得到回彈結(jié)果見表2。

圖4 不同溫度下U形彎曲的試樣Fig.4 The samples of U bending in different temperatures

表2 各溫度下U形彎曲的回彈角度對比Table2 The comparison of U bending springback angles in different temperatures

在整個溫度區(qū)間，回彈角度的平均變化率為－2.32%，即在溫成形范圍內(nèi)，溫度對V形彎曲回彈角度的變化率為每增加100℃，回彈角度會減小2.32°。在 300 ～500 ℃ 區(qū)間，變化率最大，為－3.45%，溫度每增加100℃，零件的回彈角度減小3.45°;

2)U形溫彎曲的回彈角度比V形彎曲的要大很多，這是由于雖然U形彎曲主要是由2個V形彎曲疊加起來的，但并不是簡單的V形彎曲的回彈角度的疊加。

從實驗結(jié)果得出以下結(jié)論。

1)在彎曲半徑固定為R8時，溫度對U形溫彎曲回彈角度的影響規(guī)律與V形彎曲一致，U形溫彎曲的回彈角度都是隨著溫度的升高而減小，由20℃(室溫)的28.4°降至了 500 ℃的17.4°。

回彈角度的變化率根據(jù)公式(1)計算得:

第1段20℃(室溫)至200℃:φ1= －2.97%。

第2段200～300℃:φ2=1.1%。

第3段300～500℃:φ3= －3.45%。

3 結(jié)語

1)超高強度鋼板Docol1200M的V形溫彎曲件的回彈角度隨著溫度的升高而降低，藍脆區(qū)除外，固定模具后，回彈角度值由室溫的15.7°降至500℃的6.8°。整個溫度區(qū)間，回彈角度的平均變化率為－1.87%，即在溫成形范圍內(nèi)，溫度對V形彎曲回彈角度的變化率為每增加100℃，回彈角度會減小1.87°;在300 ～500 ℃區(qū)間，變化率為 －3.95%，回彈角度減小最明顯。

2)超高強度鋼板Docol1200M的有底托U形彎曲的回彈角度隨著溫度的升高逐漸減小，由室溫的28.4°降至 500 ℃的 17.4°，回彈角度的平均變化率為－2.32%，即每增加100℃，回彈角度會減小2.32°;在 300 ～500 ℃ 區(qū)間，變化率最大，為－3.45%。

3)超高強度鋼板Docol1200M的V形溫彎曲和U形彎曲的回彈角度隨溫度的變化趨勢是相同的，但U形溫彎曲的回彈角度比V形彎曲的要大很多。這是由于雖然U形彎曲主要是由兩個V形彎曲疊加起來的，但并不是簡單的V形彎曲回彈角度的疊加。

[1]GB/T15825.5—2008，金屬薄板成形性能與試驗方法:第5部分——彎曲試驗[S].

[2]曹克利.高強度鋼板沖壓件回彈研究[J].材料科學與工藝，2010(6):758－761.

[3]SHAPIRO A.Finite Element Modeling of Hot Stamping[J].Steel research international，2009(80):658.

[4]肖景容，姜奎華.沖壓工藝學[M].北京:機械工業(yè)出版社，1994:6l－64.

[5]鄧明.沖壓工藝及模具設計[M].北京:化學工業(yè)出版社，2009:64.