厚板U形梁沖壓回彈分析及控制

0 引 言

重型卡車一般使用510L、600L等高強度板作為大梁承重部件，抗拉強度510 MP 以上，厚度達5～10 mm。高強厚板在成形過程中的回彈問題一直是質(zhì)量控制的關(guān)鍵，而成形穩(wěn)定性更是難以保證，通過對成形質(zhì)量問題進行分析，發(fā)現(xiàn)高強厚板在成形過程中的回彈與模具結(jié)構(gòu)及使用壽命有關(guān)。分析類似沖壓件，總結(jié)經(jīng)驗，現(xiàn)U 形梁成形主要需解決2 個問題：①制件回彈問題；②模具使用壽命問題。其中回彈問題包含U 形開口尺寸、底面平面度的分析及控制；模具使用壽命問題包含模具零件結(jié)構(gòu)強度優(yōu)化、鑲件磨損、成形制件劃傷及成形穩(wěn)定性等。

基于以上考慮，利用Autoform 對U 形梁成形過程中制件和模具的受力分析進行判斷，通過合理控制模具零件間隙、回彈補償、成形圓角處理、托料塊補償、模具零件結(jié)構(gòu)強度優(yōu)化、翻邊鑲件高度及材料流動圓角模擬試驗等方法，保證成形制件底面平面度公差為±0.5 mm 及模具零件磨損減輕，延長模具使用壽命。

1 制件分析

1.1 制件特征及質(zhì)量要求

制件材料為510L，料厚為6 mm，如圖1 所示。兩件對拼底面間隙偏差為±0.5 mm，模具使用壽命≥25萬次，成形的制件要求無裂痕、無劃痕。

在翻耕時每畝一次性深施45%復(fù)合肥30公斤作基肥；秧苗4葉期時結(jié)合除草每畝追施尿素6～8公斤；曬田復(fù)水后群體葉色由深綠轉(zhuǎn)淡黃，幼穗分化時每畝施10公斤復(fù)合肥和10公斤氯化鉀作穗肥。

1.2 同類制件分析

通過對多款同類U 形梁成形及質(zhì)量進行分析，總結(jié)以下2個問題。

（1）制件回彈問題。翻邊兩側(cè)壁裝配孔較多，制件開口尺寸影響縱梁的裝配，開口尺寸公差為±0.5 mm；制件底面平面度公差為±0.5 mm，U 形梁實際裝配存在底面對拼狀態(tài)，公差依然為±0.5 mm，質(zhì)量要求高。

時間是棉條染色的必要條件，染色是一個復(fù)雜的過程[5]。染色顧名思義就是將棉條放入染液中，染料舍染液而轉(zhuǎn)移到棉條，最終染上顏色。永光活性湖蘭G上染需要一定的時間來完成上染過程。本實驗通過改變?nèi)旧珪r間，分別為 30 min， 45 min， 60 min， 75 min， 90 min，研究染色時間對棉條染色深度的影響。染色工藝見表9、實驗結(jié)果見表10。

（2）模具使用壽命問題。模具使用壽命影響成形制件質(zhì)量的穩(wěn)定性，且厚板成形要求模具有足夠的強度，故成形過程中應(yīng)盡量減少模具零件變形量。

2 問題分析及改進

2.1 U形梁成形回彈問題

利用Autoform 對U 形梁進行簡單的成形模擬，發(fā)現(xiàn)翻邊回彈量達到12 mm 左右，如圖2 所示。研究表明，材料性能、相對彎曲半徑（R/t）、彎曲角度、制件形狀、模具零件間隙、彎曲方式、成形壓力等都對回彈有影響。以下針對U 形梁制件，重點對模具零件間隙、凸圓角、回彈避空以及托料塊回彈補償?shù)扔绊懸蛩剡M行分析。

（2）該類U 形件成形過程中，翻邊鑲件行程大，表現(xiàn)為翻邊鑲件高出成形件，制件翻邊高度為200 mm，設(shè)計翻邊鑲件高度為225 mm。若翻邊深度過淺，會導(dǎo)致翻邊不直或回彈角度大；若翻邊深度過深，會加劇制件的劃傷，也浪費材料。

（2）根據(jù)參考文獻[1]：彎曲件的圓角半徑過大，受回彈影響也大，尺寸精度較難保證；過小的彎曲圓角，容易產(chǎn)生裂紋，同時相對彎曲半徑（R/t）越小，塑性變形越大，越容易產(chǎn)生加工硬化。考慮制件成形過程中圓角部位的充分變形，凸模圓角按照R8 mm設(shè)計。

優(yōu)化處理：利用凸模回彈避空，成形凸模保留10 mm 直邊，其余鑲件部分進行1.5°負角處理，同時設(shè)置該段直邊翻邊間隙為-0.05 mm，翻邊成形鑲件采用鍍鉻工藝處理，鍍層厚度為0.01～0.02 mm。考慮該U 形梁拱形翻邊一側(cè)存在聚料現(xiàn)象，將翻邊造型變化段間隙增加0.1 mm，降低成形制件此處的劃傷風(fēng)險，這樣設(shè)置可在圓角加工硬化后，保持翻邊面的應(yīng)力狀態(tài)，達到控制回彈的效果，如圖3所示。

（3）托料塊不作回彈補償，成形后最大回彈量為12 mm?，F(xiàn)將托料塊底面進行2 mm 拱起處理反回彈，如圖4 所示，確保補償為彈性變形，預(yù)存內(nèi)應(yīng)力。當制件成形后壓力釋放，受圓角加工硬化影響，料厚處外側(cè)應(yīng)力會導(dǎo)致縮口。分析結(jié)果如圖5所示，托料塊補償后發(fā)生回彈變形，參考變形前的托料塊，可見整體變形量與補償值吻合，得到理論支撐。

第1次實物沖壓驗證結(jié)果顯示整體托料底面狀態(tài)良好，僅兩側(cè)角部發(fā)生回彈，回彈量2.5 mm，該問題發(fā)生原因為兩側(cè)翻邊不對稱，經(jīng)反向補償托料塊及凸模型面得到修正。

2.2 模具使用壽命問題

（1）模具結(jié)構(gòu)強度優(yōu)化。根據(jù)圖4 所示托料塊設(shè)計2 mm 反回彈拱起，托料塊需要墩死成形，原模具結(jié)構(gòu)為托料塊與下模座墩死，考慮校正力，墩死成形力達到4 000 kN，大批量沖壓時下模座出現(xiàn)疲勞斷裂。

外籍員工對于企業(yè)的最大的優(yōu)勢是其“國際化”屬性，包括“國際視野提高企業(yè)創(chuàng)造力”，“提升企業(yè)對國際市場環(huán)境的靈活應(yīng)變能力”，“熟悉外國市場”，以及“母語容易溝通”。

根據(jù)參考文獻[2]若凸圓角為r=14 mm，料流圓角為R=25 mm，料厚t 為6 mm，彎曲件邊長為200 mm，查表得翻邊鑲件直線段高度為65 mm，即翻邊鑲件高為H=65+R+r=104 mm。根據(jù)參考文獻[1]：當90°彎曲時，為保證制件的彎曲質(zhì)量，彎曲的直邊高度h＞2t。

根據(jù)成形模擬，翻邊進行到鑲件直線段接觸31 mm 時，翻邊達到豎直狀態(tài)，如圖8 所示。通過比較直線段接觸31 mm與140 mm的成形回彈狀態(tài)，如圖9 所示，發(fā)現(xiàn)兩者回彈量相差不大，甚至31 mm 直線段接觸時回彈更小。

（1）模具零件間隙增大，可降低材料對模具零件的粘連程度，減小彎曲件的徑向約束，方便材料流動，因此傳統(tǒng)成形模中凸、凹模拔模側(cè)壁間隙一般為（1～1.1）t（t為料厚），但針對U形件成形，增大翻邊間隙的同時制件的自由回彈也會隨之增大，雖然減小間隙可以控制回彈，但是對成形制件和模具也會產(chǎn)生劃傷風(fēng)險。

優(yōu)化處理：將下模座墩死部位拆分成墊塊，將墩死力轉(zhuǎn)移到墊塊上，與此同時為保證機床受力安全，墊塊的面積也需要適當加大，如圖6所示。

以多重耐藥菌感染為應(yīng)變量，將單因素分析有統(tǒng)計學(xué)差異因素為自變量賦值后帶入Logistic回歸模型進行多因素Logistic回歸模型分析，調(diào)整其他因素后，顯示聯(lián)合使用抗菌藥物(≥3種)、出現(xiàn)急性感染期頻次(≥3次/年)、反復(fù)上呼吸道感染(>3次/年)、吸煙史、變態(tài)反應(yīng)性鼻炎、引流不暢、抗菌藥物使用頻次(≥3次/年)等仍是慢性鼻竇炎患者多重耐藥菌感染的危險因素。

考慮厚板料成形過程中翻邊鑲件受到較大的Y向成形力，利用杠桿百分表測量50 mm厚的擋墻，存在0.5 mm 左右的膨脹變形量，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中需額外加強成形鑲件擋墻靠背，如圖7所示，針對厚板成形，翻邊鑲件承受側(cè)向力＞1 000 kN，按照設(shè)計標準，鑲件背后鑄造擋墻厚度為50 mm，該厚度在承受較大側(cè)向力時會發(fā)生變形，影響成形制件尺寸。

若料流圓角為R20 mm，通過成形分析，翻邊進行到鑲件直線段接觸34 mm時，翻邊達到豎直狀態(tài)，通過比較直線段接觸34 mm 與140 mm 的成形回彈狀態(tài)，兩者回彈量相差不大，甚至直線段較短時回彈更小，2 種料流圓角得到的規(guī)律方向一致，即U 形梁翻邊鑲件直邊高度理論可降低至34 mm 左右，較參考文獻[2]中65 mm可節(jié)省鑲件成本。

（3）厚板料成形過程中會出現(xiàn)成形制件劃傷及翻邊鑲件拉傷的問題，根據(jù)模擬分析，翻邊鑲件的成形圓角為R 形圓角時，從開始觸料到翻邊達到豎直狀態(tài)前32 mm 時，翻邊鑲件受到1 000 kN 的最大瞬時側(cè)向力（見圖10）。若將成形圓角改為一條特殊的曲線（見圖11），則從開始觸料到翻邊達到豎直狀態(tài)前15 mm 時，翻邊鑲件受到660 kN 的最大側(cè)向力，且側(cè)向力表現(xiàn)較R形圓角要穩(wěn)定。由此得出，改變翻邊鑲件料流圓角，可以減緩成形制件劃傷、減輕鑲件磨損，同時穩(wěn)定成形制件質(zhì)量狀態(tài)。

(4)蹬地與上體動作脫節(jié)。糾正方法：典型的腰腹背肌力量不足所致，加強腰腹背肌力量練習(xí)，如：仰臥起坐，俯臥挺身。

格力電器董事長兼總裁董明珠在“格力明珠產(chǎn)業(yè)學(xué)院”成立儀式上表示，“按照部署，格力電器到2023年營業(yè)收入要達到6000億元。這需要大量的管理人才、技術(shù)人才和創(chuàng)新性人才?！?/p>

3 實際驗證

模具成形制件2 萬次后，模具零件狀態(tài)仍然穩(wěn)定，且成形的制件無劃痕，兩件對拼底面間隙偏差±0.5 mm，U 形開口尺寸偏差±0.5 mm，如圖12 所示，制件符合技術(shù)要求。

4 結(jié)束語

利用Autoform 模擬分析及實際驗證，通過改善模具結(jié)構(gòu)，調(diào)整翻邊料流圓角與控制翻邊間隙，得到合格的成形制件，并理論分析翻邊鑲件高度最小值，為后期同類翻邊模設(shè)計提供參考。

[1]馬朝興.沖壓模具設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:137-156.

[2]王孝培.沖壓手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1994:176-324.

[3]涂小文.Autoform 原理技巧與實戰(zhàn)實用手冊[M].武漢:湖北科學(xué)技術(shù)出版社,2013:738-751.

[4]李學(xué)坤,張秀利,吳豐軍,等.整體式車門外板窗框回彈控制[J].模具工業(yè),2021,47(8):38-41.

[5]張 恒,江慶順,張玉成.某車型高強板縱梁回彈問題及整改措施[J].模具工業(yè),2020,46(3):29-33.