卡車縱梁沖壓成形回彈控制

張春雨

（一汽解放汽車有限公司技術(shù)發(fā)展部沖壓工藝室，吉林 長春 130062）

引言

縱梁是卡車的重要零件，其制造精度在整機性能中起到?jīng)Q定性的作用[1]。若模具結(jié)構(gòu)、沖壓工藝不合理會造成縱梁缺陷[2]?？v梁成形屬于厚板沖壓技術(shù)領(lǐng)域，縱梁制件屬于U形件[3]。回彈使縱梁的加工尺寸不滿足設(shè)計尺寸要求。因此通過控制回彈量保證縱梁的制造精度，進(jìn)而實現(xiàn)對卡車性能的提高至關(guān)重要[4]。

1 沖壓成形件的回彈現(xiàn)象

回彈，從本質(zhì)上來說是板料因受力而產(chǎn)生的彈性變形在除去外力之后恢復(fù)為自然狀態(tài)的現(xiàn)象。

一方面，板料在沖壓成形后，塑性變形狀態(tài)只存在于內(nèi)外緣表層組織之中，而板料中心處的組織仍處于彈性變形狀態(tài)，故當(dāng)外部壓力去除后，板料就會產(chǎn)生彈性回復(fù)，這種現(xiàn)象稱為回彈[5]。另一方面，金屬板材沖壓成形時包含彈性和塑性變形，即使材料組織全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，也會存在彈性變形消失的現(xiàn)象，同樣會有回彈現(xiàn)象發(fā)生[5]。

2 影響回彈的主要因素

金屬材料彈性變形的相關(guān)因素有很多，因此在沖壓成形過程中影響回彈量的因素也很多，其主要因素為：

1）材料的機械性能。材料的機械性能決定了工件的回彈性能，回彈量與屈服強度σ和彈性模量E分別成正比與反比關(guān)系，即σ/E越大回彈越大。

2）相對彎曲半徑。在其他條件相同時，相對彎曲半徑大則回彈大。

3）彎曲角。沖壓成形工件的相對彎曲半徑一定時，彎曲角越大則參加變形的區(qū)域越大，彈性變形的總量增多，回彈量變大。

4）彎曲件的形狀。U形沖壓件的回彈量比V形沖壓件?。粡?fù)雜的彎曲件，一次彎曲成形，不同彎角越多，彎曲方向差異越大，彼此之間的牽制力越大，回彈量也越小。

5）模具間隙。在U形件沖壓成形時，凸模與凹模之間的間隙直接影響到回彈量的大小。間隙較小時回彈小，間隙越大則回彈越大。

6）校正程度。在沖壓成形工藝結(jié)束時進(jìn)行校正，圓角處的塑性變形程度得到了加強，從而回彈量減少。

3 厚板沖壓成形特性分析

卡車縱梁沖壓成形工藝屬于厚板沖壓成形技術(shù)，相比于薄板，厚板沖壓成形有以下特點：

1）材料力學(xué)性能差異。厚板具有屈服強度高、厚度一致性差、表面質(zhì)量差及伸長率低等特點。

2）變形類型不同。厚板材料屈服強度高、伸長率低使其無法成形復(fù)雜的零件，成形方式主要以彎曲為主，工藝相對簡單。

3）尺寸公差大。厚板的產(chǎn)品沖壓成形時尺寸公差較大[6]。

4）模具間隙差異。厚板沖壓成形時模具的凸模與凹模之間的間隙應(yīng)適當(dāng)放大。

4 卡車縱梁沖壓成形時回彈量控制的具體方法

4.1 成形材料的選擇

材料的屈服強度和伸長率是影響回彈量的本質(zhì)因素，因此在選擇縱梁沖壓件的材料時，需要選擇力學(xué)特性符合縱梁要求，且屈服強度小、彈性模量大的材料。

4.2 加工工藝的改進(jìn)

卡車縱梁的材料一般為低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，可以通過熱處理來改變鋼的力學(xué)性能?；诖颂攸c可以在沖壓成形工藝前先將工件進(jìn)行退火處理，進(jìn)行沖壓成形后進(jìn)行相應(yīng)的熱處理以恢復(fù)材料的力學(xué)性能。

工藝改進(jìn)的另一種方法是校正工藝。在工件與模具貼合之后添加外部壓力進(jìn)行變形區(qū)的校正，使得卸載后拉力和壓力的回彈趨勢可以相互抵消一部分，進(jìn)而減小回彈量。

4.3 沖壓模具的改進(jìn)

4.3.1 回彈補償

卡車縱梁屬于U形工件，U形工件彎曲時，可根據(jù)工件的回彈量大小，在凸模兩側(cè)做出回彈角（圖1）或?qū)寄５撞孔龀苫∶?，使工件在沖壓時產(chǎn)生局部彎曲，卸除外力之后，局部彎曲弧面會產(chǎn)生負(fù)回彈，從而補償了圓角部位產(chǎn)生的正回彈，起到抑制回彈的作用。t為板材厚度。

圖1 凸?；貜椊?/p>

4.3.2 壓力集中

卡車縱梁的材料厚度一般在4～10 mm，運用的是厚板沖壓成形技術(shù)。故可將凸模作成如圖2所示的形狀，使沖壓時的壓力集中于角部，加大角部彎曲變形程度，工件塑性變形量增多，回彈減小。

4.3.3 凸凹模間隙

根據(jù)彎曲回彈的影響因素，知凸凹模之間的間隙可影響回彈量。凸凹模之間的間隙越小，沖壓工件的回彈量也越小，因此應(yīng)減小凹凸模之間的間隙，與此同時需通過提高模具的表面粗糙度和硬度來進(jìn)行補償。

圖2 凸模改進(jìn)

5 結(jié)語

本文簡要介紹了卡車縱梁沖壓成形的回彈現(xiàn)象，通過分析回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生因素和厚板沖壓成形的特點，提出減少工程應(yīng)用時的回彈量的具體適用方法，從而提高卡車的承載力。