彎曲件成形回彈的研究與分析

文/茹麗靖·秦皇島燕大汽車零部件制造有限公司技術(shù)開發(fā)部

彎曲件成形回彈的研究與分析

文/茹麗靖·秦皇島燕大汽車零部件制造有限公司技術(shù)開發(fā)部

金屬板材在外力作用下產(chǎn)生彎曲的總變形，由塑性變形和彈性變形兩部分組成。當(dāng)彎曲結(jié)束后，外力去除，塑性變形就會留存下來，彈性變形完全消失。彎曲變形區(qū)外側(cè)因彈性恢復(fù)而伸長，就會產(chǎn)生彎曲件的彎曲角度和彎曲半徑與工件相應(yīng)尺寸不一致的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為彎曲件的彈性回彈?；貜検菑澢尚螘r常見的現(xiàn)象，但也是彎曲件生產(chǎn)過程中不易解決的棘手問題。

理論研究

彎曲件的回彈現(xiàn)象通常表現(xiàn)為彎曲半徑的改變和彎曲角度的改變兩種形式。影響回彈角的因素很多，在材料的力學(xué)性能中，材料的屈服點σs越高，彈性模量E越小，彎曲回彈越大；相對彎曲半徑r/t越大，板料的彎曲變形程度越小，則回彈也越大；彎曲中心角越大，回彈越大；彎曲方式有自由彎曲和校正彎曲，自由彎曲回彈大，校正彎曲回彈??；彎曲件的形狀，模具間隙等。因此理論上計算回彈值是相當(dāng)困難的，通常在模具設(shè)計時靠經(jīng)驗與試驗來確定回彈值，經(jīng)模具試沖后再對模具回彈值進(jìn)行修正。本文結(jié)合3種件進(jìn)行回彈問題分析。

彎曲件數(shù)模與材料特性

如圖1所示為固定支架底座—前操縱器彎曲件數(shù)模，材料為A510L，厚度為3mm，如圖2所示為固定支架連接板—前操縱器彎曲件數(shù)模，材料為A510L，厚度為3mm，如圖3所示滑動外門手柄拉桿旋轉(zhuǎn)支架底座彎曲件數(shù)模，材料為ST12，厚度為1.8mm，以上三種件均彎曲為90°，前兩種材料為鞍鋼標(biāo)準(zhǔn)Q/ASB275—2005汽車結(jié)構(gòu)用熱連軋鋼板，機(jī)械性能是屈服強度不小于355MPa，抗拉強度510～610MPa，斷后延伸率不小于24%，180°彎曲試驗d＝0.5a。第三種材料為寶鋼標(biāo)準(zhǔn)BQB403—2003低碳鋼，機(jī)械性能是屈服強度130～260MPa，抗拉強度不小于270MPa，斷后延伸率不小于34%。

回彈值分析

從材料和彎曲件形狀角度分析

圖1、2所示的零部件是平板彎曲，屈服強度較大，因此回彈值比較大。圖3是帶筋彎曲，壓制加強筋是抑制彎曲回彈有效的措施，且屈服強度較小，因此回彈值較小。

圖1 固定支架底座—前操縱器彎曲件數(shù)模

圖2 固定支架連接板—前操縱器彎曲件數(shù)模

從彎曲方式和彎曲模分析

模具是保證生產(chǎn)合格工件的主要因素，模具的彎曲方式分為自由彎曲和校正彎曲。校正彎曲回彈值小，所以模具采用校正彎曲的形式，校正彎曲模具一般設(shè)有頂件裝置或壓料裝置。圖1、2工件均可采用兩道彎曲工序制作，模具成本較高，生產(chǎn)效率較低，不符合模具行業(yè)低成本、高效率的發(fā)展趨勢。因此，采用一次彎曲成形的結(jié)構(gòu)。

對圖1所示的固定支架底座—前操縱器彎曲件進(jìn)行彎曲模具分析，校正彎曲模如圖4所示，該模具的設(shè)計沒有考慮工件的回彈，因此彎曲工件的長邊角小于90°。觀察模具彎曲的實際成形過程，當(dāng)模具接觸料片，料片兩端就開始翹曲，工件長邊端頭接觸上模，上模開始對料片下壓，最后成形的位置是圓角位置，而在圓角未成形前長邊端就已經(jīng)形成了負(fù)角，導(dǎo)致最后成形角為88°。查找沖壓件未注公差標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果是公差為±380，而回彈角度為2°，需要對模具進(jìn)行修正。

圖3 滑動外門手柄拉桿旋轉(zhuǎn)支架底座彎曲件數(shù)模

從模具設(shè)計上考慮減少回彈方法很多，比較簡單的方法是在模具上修出補償角度，但并不是回彈了幾度就要修幾度，很可能修大。其實彎曲90°是個分界線，成形角度小于90°后，回彈方向就往小于90°回彈，但只要成形角度大于90°，回彈方向會改向大于90°方向回彈。因此，補償角度不能修過大，選用補償一半的回彈角度，即補償1°，將成形下模Ⅰ補償?shù)?1°，相應(yīng)的上模補償?shù)?9°。模具修正完成后，再次調(diào)試，檢測工件合格，公差在±38′以內(nèi)。模具角度補償值在合理范圍內(nèi)，一般情況回彈值的確定依靠經(jīng)驗與實際情況而定。

圖4 校正彎曲成形模結(jié)構(gòu)

圖5 彎曲成形模

對圖2所示的固定支架連接板—前操縱器彎曲件進(jìn)行彎曲件模具分析，該模具為對稱件，且彎曲邊要比圖1零件彎曲邊短。一次成形的模具同圖1所示零件的模具結(jié)構(gòu)相同，如圖5所示。同樣出現(xiàn)了圖1所示零件的相同問題，彎曲成88°，回彈角為2°。對實際的模具彎曲成形過程進(jìn)行分析，產(chǎn)生這種負(fù)回彈的原因是上模的形狀，將上模做成與工件完全吻合的形狀，最初的計劃是當(dāng)模具完全壓合時，可將工件的回彈強制校正一下。實際情況卻起了反作用，不但回彈沒用得到校正，反而造成了負(fù)回彈。具體過程是成形時模具上模下行，壓住料片，此時料片兩端翹起，接觸上模的兩端，料片共計三個位置被向下壓，最后成形圓角位置。在這個過程中，工件的兩側(cè)就已經(jīng)形成很大的負(fù)角，單憑凸模壓平成90°無法平衡其回彈，必須要用大于90°的角。解決方案是將上下模修正1°來平衡回彈，或者將上模形狀修正成圖6所示情況，即料片的兩端處于自由狀態(tài)，只成形圓角部分，直接將直邊帶過來。最終修模后經(jīng)試制，工件合格。

對圖3所示滑動外門手柄拉桿旋轉(zhuǎn)支架底座彎曲件進(jìn)行模具分析，從工件的形狀上分析，該件的加強筋大大減少了回彈，因此從模具結(jié)構(gòu)上不用考慮回彈角。加強筋增加了模具的行程，模具必須要把工件完全包在上下模里，該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖7所示，采用了一模兩件的結(jié)構(gòu)形式，提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了生產(chǎn)成本。

圖6 修正后的上模

圖7 彎曲成形模

結(jié)束語

通過對文中三種工件進(jìn)行分析，回彈與工件的材料、形狀、彎曲方式、模具結(jié)構(gòu)等因素關(guān)聯(lián)很大，因此回彈值的確定比較復(fù)雜，要靠經(jīng)驗和實際情況來確定，以保證工件的質(zhì)量?，F(xiàn)在的模具行業(yè)競爭激烈，都需要從保證工件質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的角度來考慮。