高强度板π形件冲压回弹解决方案

吕 强，朱五省，张玲玲，陈伟平

（陕西黄河工模具有限公司，陕西西安 710043）

1 引言

随着汽车工业和航空工业的发展，对薄板壳类制件成形精度的要求越来越高，轻量化、耐腐、防撞等要求已是趋势。现代汽车结构、性能和技术的重要发展方向是减重、节能、降低排放和提高安全性。汽车的质量和能源消耗成线性关系。据统计，汽车质量每降低1%则燃耗可降低0.6%～1.0%，能耗又与尾气排放密切相关，因此，汽车轻量化对节能和环保意义重大。为了适应现代汽车生产需要，板料供应商开发了具有成形性好、强度高等优点的高张力钢板即高强度钢板，高强度钢板在保证强度的情况下降低了自重，得到了越来越多的厂家的青睐。相同厚度的钢板材料，高强度材料有更高的强度，更高的韧性，使同等制件重量不变的情况下，性能得到加强，因高强度钢板材料在近年得到了广泛应用，但同时由于高强度板的强度和韧性的增加，又带来了钣金成形中的回弹量增加，回弹的控制难度增加。近年来高强度板材使用中的回弹问题已经成为制件成形精度和冲压过程的难点。

经过对π形件的研究，对数模和现场分析，通过CAE分析验证，确定了钣金材料成形加工参数的适用范围，以及制件的可靠性论证。

2 高强度板对制件回弹影响

图1所示π形件广泛应用于汽车内覆盖件、横梁、纵梁等总成中，而大多常规模具基本样式一般采用下模凹模+推板，上模凸模结构，图2所示就是典型的上模凸模下模凹模，中间推板结构。在实际板料成形过程中，经过多年的现场观察与实践，分析发现凸模与凹模成形过程中（见图3），制件会在凸模和凹模R处，向下掳扯成形。而掳扯过程中高强度板因自身强度高的特性制件会出现弧形成形现象，侧壁扭翘严重，成形结果如图4所示，制件两侧为圆弧形状，制件底面也有圆弧而且法兰也有回弹且与成形件也有一定的回弹角度。

图1 π形件

图2 上凸模下凹模结构

图3 掳扯成形现象

图4 弧度成形现象

纵观整个成形过程及CAE分析数值和模拟方法预测回弹，形成如图5的目标形状和实际形状及回弹量的关系图，形成这种扭翘的回弹的原因非常复杂，影响因素很多，材料批次及材质、元素含量、制件冲压成形的地域、环境、温度等都可能是影响因素。以下介绍消除这种回弹的方法。

图5 制件目标形状与实际形状示意图

3 回弹研究

π形件在现实中的回弹型面变形分析。根据多年的实际生产研究，多次多制件调试实验调整，对回弹角度参数做出变形处理调整，如图6所示。根据多年实验研究总结出了高强度板回弹参数法，根据此结果，制定回弹方案，最终确定以下操作：

（1）改造凸模、凹模型面形状及角度，预估回弹形状回弹量的具体量值。首先调整回弹弧度α（α取值1.5°～3.5°），型面在距底面22mm处做折弯，小圆角过渡；然后调整回弹角度β（β取值2.5°～7.5°），弧度α、角度β经过多次研究实验，可以向数值大的方向取值；γ弧度做反弧度变形，高度约0.6～0.8mm。其次，改造凸模、凹模圆角，使弯曲圆角处压力增大。也就是必须调整π形件弯曲圆角r大小（4处），弯曲圆角r按制件圆角减少三分之一缩小取值（注意r调整不能超过制件允许最小r）。

（2）有意把凹模镶块分模线取在了圆角底部切点处，目的是想让凸模把圆角镦一下，使弯曲圆角处压力增大，用镦凹模圆角的措施来防止回弹。

图6 回弹角度调整参数

（3）使制件局部料厚变薄，增大塑性变形，变薄量控制在10%～15%。

4 具体案例

某车型左后地板后横梁连接板，材料为HC340/590DP，料厚1.4mm，该制件结构比较复杂，又是高强度板，成形中有不可预见的回弹。经过对制件结构分析，设计了如图7所示的成形工艺，DL图结构设计如图8所示。

根据以往现实生产的具体实践和π形复杂制件分析，使用Autoform分析对此种调整回弹型面进行验证。原制件的数学模型如不加回弹处理，CAE分析结果是回弹翻边处与原制件相差3～4mm，这样肯定不行，严重影响制件的合格率，制件回弹非常严重。

图7 左后地板后横梁连接板冲压生产工艺流程图

图8 DL图结构

根据高强度板回弹参数制定方案，首先在预成形翻边工序均按上述数据加入回弹角度进行数模型面改造；在成形工序，按照高强度板回弹参数做出方案，其方法也是加入回弹角度对数模改造，重新设计制造制件回弹面。根据调整好的回弹面，使用Autoform分析对此件调整的回弹型面进行验证，CAE结果是制件成形后合格率80%左右，再进行调整，最后预成形翻边和成形制件结构图如图7所示。根据调整好后确定的制件回弹面并Autoform分析后，设计模具开始现实生产，具体模具结构如图9、图10所示。

图9 预成形模结构

图10 成形模结构

模具生产后首轮试模，冲压成形的制件比较满意，后经检具三间隙检测，型面合格率90%以上，达到预期效果，证明上述给定的回弹参数合理可靠，当然，落料尺寸即边线外形还是需要调整的。

5 结束语

在地板通道内罩的冲压工艺设计和模具开发中，通过对工艺补充造型的不断改进和完善，运用CAE分析模拟方法快速、准确地完成成形模具型面的构建并精确预估风险，提供决策，解决了超深成形制件由于成形深度深、材料在R流动量大而容易起皱和回弹的难题。由于金属塑性成形总是伴有弹性变形，因此回弹问题必然存在。虽然人们试图通过各种方法来预测和控制回弹，但是由于板料成形过程中本身的复杂性，使得回弹问题一直是板料成形过程的难点，目前虽然越来越多的人试图通过CAE数值模拟方法来预测和控制回弹，但是由于回弹仿真精度影响因素众多，使得数值模拟很难真正指导实际生产。因此目前模具设计和调试过程中仍然是通过试验的方法，反复调试以达到理想结果。本文提供了我司长期生产实践摸索出来的高强度板材回弹参数，可以极大缩短制模周期，参数可靠稳定，可以为同类制件的模具设计提供参考，具有一定的指导意义。