高強鋼制件回彈控制方法

楊杰強　孫紀樂

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

關(guān)鍵詞：高強鋼;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，高強鋼制件自身材料強度較高，制件成型存在一定困難，制件會出現(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。高強鋼制件在成型過程中，對工裝的磨損較大，會對模具的使用壽命造成影響而且高強鋼制件的質(zhì)量不穩(wěn)定，在實際使用過程中容易出現(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，實現(xiàn)回彈現(xiàn)象的控制。

2 高強鋼制件回彈類型以及影響因素

一般高強鋼回彈是材料塑形成型后，隨著變形應(yīng)力的消失，在成型過程中儲存的彈性變形會被釋放出來，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)對車型模具開發(fā)經(jīng)驗得出，高強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）、負回彈、側(cè)壁卷曲（板料在彎曲的過程中，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。在高強鋼彈性階段內(nèi)，材料體現(xiàn)出來的屈服極限越高，其彈性模量越大，產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象越嚴重，彎曲變形的回彈也越大;反之，材料體現(xiàn)出來的抵抗彈性變形能力就越強，回彈值越低。②相對彎曲半徑。相對彎曲半徑越大，產(chǎn)生的回彈值就越小，相反就會越大。③彎曲中心角。假如彎曲中心角越大，變形區(qū)的長度和回彈累計值就會逐漸增大，回彈現(xiàn)象就會越來越嚴重，但是不會對曲率半徑的回彈造成影響。④模具間隙研配。模具的相對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，需要進行局部研配，才能保證材料的流動效果。⑤零件自身形狀。高強鋼制件自身形狀扭曲，存在多個“S”造型，而且還存在左右不對稱的設(shè)計，很容易導(dǎo)致制件出現(xiàn)扭曲回彈。不同的制件對回彈的影響也不同，比如，u型制件，由于其兩邊互相受到牽制，導(dǎo)致其回彈量會低于V型制件。⑥成型方式。高強鋼制件的形成方式會直接影響回彈值。通常而言，拉延模會比成型模的回彈效果好。⑦整形力。在對高強鋼制件進行整形的過程中，整形力越大，產(chǎn)生的回彈值就會越小，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，并達到成型效果。在卸載后，變形區(qū)的內(nèi)外側(cè)都會因為彈性回復(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會緩解或消除。

3 回彈測量的方法

目前針對高強鋼制件回彈測量的方法主要有兩種：（1）基于標準夾具的測量法。夾具的輪廓制作主要是將目標零件的輪廓同時偏置一個距離所得，在定位點夾緊之后，能夠通過手動或者利用三坐標測量儀的方式對待測零件和夾具之間的間隙進行測量，將固定有A柱加強板的檢具放置在三坐標測量儀的床臺上，利用三坐標測量儀定義基準之后，操控測量針進行打點檢測，系統(tǒng)會自動顯示并保存已打過點的回彈信息，并通過.PDF格式文件導(dǎo)出來，測量的間隙減去偏重距離，進而得出回彈值。（2）基于凹模的測量法。這種方法直接將待測零件安放在凹模上，不需要采用任何夾緊措施，進而選取特征點，再通過應(yīng)用激光掃描或者白光照相測量等方式，獲取特征點的幾何信息，進而利用這些掃描點信息和標準零件的CAD數(shù)據(jù)進行比對，進而得出回彈量。

4 高強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，對之間的彎曲部位的應(yīng)力進行改善，進而達到減少回彈值的目的。如圖1所示。通過對R角部位進行整形，能夠?qū)澢课坏膬?nèi)側(cè)、外側(cè)應(yīng)力的分布區(qū)域進行改變，減少彎曲部位的拉應(yīng)力區(qū)域，當(dāng)尺圓角調(diào)整到一定程度上時，能夠達到塑性變形，而且當(dāng)彎曲內(nèi)部應(yīng)力大于外部應(yīng)力時，會出現(xiàn)負回彈情況。在進行產(chǎn)品設(shè)計的過程中，R值應(yīng)該盡可能控制在8mm以內(nèi)。對彎曲部位進行R角整形的過程中，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)，否則就會對高強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

該方法主要是對彎曲部位的內(nèi)側(cè)進行壓縮從而達到消除回彈目的的方法。對于u型零件，由于其兩側(cè)產(chǎn)生對稱彎曲情況，可以采用該方法進行解決。對于L型零件，同城面部分的材料壓料力較弱，有時會出現(xiàn)尺寸差異，可以從形狀進行判斷，彎曲部位的壓力較弱。對于既要保證強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，還可以通過對圓角R處的厚度變化量進行調(diào)整，實現(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。通常硬化筋會劃傷高強鋼制件，因此，在使用該方法時需要結(jié)合構(gòu)件的特點進行選擇，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，對板內(nèi)外側(cè)應(yīng)力進行消除的方式，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，高強鋼之間的內(nèi)應(yīng)力較小，品質(zhì)相對穩(wěn)定，但是這種方式的使用會導(dǎo)致模具加工的工序增多，也增加模具的制造成本。

4.5 開發(fā)軟?；貜椏刂品椒?/p>

高強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，在模具開發(fā)的過程中，通常開發(fā)一些簡單的軟?；?qū)嶒炶倝K，通過多次試驗之后，確定制件的扭曲回彈值，結(jié)合試驗結(jié)果數(shù)據(jù)，再開發(fā)正式的模具。

4.6 負回彈控制方法

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

4.7 增加防回彈筋消除回彈

在保證原高強鋼制件功能或者性能的要求下，可以通過增加防回彈筋的方式改變產(chǎn)品形狀，進而實現(xiàn)對回彈的控制和改善。比如，某車型左右側(cè)圍門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，會消除制件的回彈，提升改善效果。

4.8 回彈工藝補償

該方式主要是對拉延模型面采用回彈工藝補償方式。由于A柱加強板在AutoForm中有四項模擬工藝，分別為拉延、修編、翻邊整形和沖孔等，假如A柱加強板最終正負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行補償。在拉延之后最大正向回彈為3.774mm，最大負向回彈為-3.728mm，產(chǎn)品最終的正向最大回彈為3.449mm，負向最大回彈為-3.025mm，二者相差不大。假如僅對拉延工序進行補償，那么在拉延之后的修邊，就會由于修邊刀剪切板料時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，進而進行翻邊整形，避免制件中間被壓料板固定，部分回彈也沒有發(fā)生改變。

5 避免高強鋼制件出現(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)計合理的零件結(jié)構(gòu)。在不改變原制件功能的情況下，對產(chǎn)品形狀進行改變，可以對彎曲件進行翻邊或者疊邊處理。第三，設(shè)置合理的模具間隙。對于U型彎曲來說，其回彈會隨著凹模開口深度增加而減少，會隨著模具間隙減少減少回彈量;對于V型彎曲來說，要注意和模的高度。

6 總結(jié)

總之，高強鋼的回彈一直是制件研究的熱點和難點，在實際對制件進行沖壓的過程中，回彈比較難以量化，容易導(dǎo)致制件出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，影響制件尺寸的準確性。在對高強鋼制件回彈進行控制的過程中，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，避免高強鋼出現(xiàn)回彈情況。

參考文獻：

[1]周晶.高強鋼沖壓件的回彈及預(yù)防措施[J].模具制造，2019，19（12）：17-19.

[2]潘利波，祝洪川，魏星.車身用高強鋼的回彈實驗與分析[J].精密成形工程，2019，11（01）：25-29.