板料成形回彈特征及其控制技術(shù)

1、板料成形回彈特征及其控制技術(shù)我要打印 IE收藏 放入公文包 我要留言 查看留言來源：昆山模具網(wǎng)添加人：netlink添加時間：2009-3-2 9:49:241 前言 回彈是板材沖壓成形過程的主要缺陷之一嚴(yán)重影響著威形件的威形質(zhì)量和尺寸精度，是實際工藝中很難有效克服的成形缺陷之一，它不僅降低了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率還制約了自動化裝配生產(chǎn)線的實施，是我國汽車制造工業(yè)中亟待解決的關(guān)鍵性問題。 從理論上說，板材沖壓成形過程可以被看作是板材經(jīng)過塑性變形變?yōu)橄胍@得的形狀的過程。然而實際上板料尺寸材料特性和環(huán)境條件使沖壓成形過程的預(yù)測性和可重復(fù)性變得困難。以韌性金屬板材為主的沖壓成形件從模具上取出后，必然產(chǎn)

2、生一定量的回彈?；貜検前宀臎_壓成形的3種主要缺陷(起皺破裂和回彈)中最難控制的一種，因為它涉及到對回彈量的準(zhǔn)確預(yù)示不同的材料和尺寸的零件其回彈規(guī)律大不相同，單憑經(jīng)驗和工藝過程類比是很難進行準(zhǔn)確的回彈補償?shù)倪@就使得一個模具設(shè)計的周期變長因此在板材沖壓成形中回彈變形是使模具設(shè)計明顯變復(fù)雜的一個基本參數(shù)。在大多數(shù)板材沖壓成形中強烈的非線性變形過程致使板料產(chǎn)生很大的彈性應(yīng)變能在模具與板料動態(tài)接觸過程中存在于板料中的這種彈性應(yīng)變能會隨著接觸壓力的消除而自動釋放掉，回彈的驅(qū)動力一般是朝著板料原始形狀變形。因此，沖壓成形中的最終產(chǎn)品形狀不但依賴于凹模形狀而且依賴于成形后存儲在板料中的彈性應(yīng)變能。彈性應(yīng)變能與

3、許多諸如材料特性接觸載荷等參數(shù)有關(guān)，因此在成形過程中預(yù)測回彈變得很復(fù)雜這也就給那些必須精確評估回彈量的設(shè)計者提出了很重要的問題。 近40年來，有許多研究人員一直在對回彈行為進行著研究并提出了很多解決方法和計算機仿真算法發(fā)表了大量相關(guān)論文。就有限元仿真方法而言在眾多仿真算法模擬應(yīng)用中，采用顯式算法模擬成形過程用隱式算法模擬回彈過程的方法最多；其次是沖壓成形和卸載回彈過程都采用隱式算法。而GY-L等學(xué)者提出一種新算法，沖壓成形和回彈過程全部采用顯式算法。UAbdelsalam等學(xué)者還提出了采用一步成形算法模擬沖壓成形過程，再用隱式算法計算卸載回彈過程并應(yīng)用該算法模擬了3個復(fù)雜沖壓件的卸載回彈過程這

4、種算法的模擬精度雖然不高但計算速度很快可以為模具在設(shè)計階段提供一個定性的參考方案。T-CHsu等學(xué)者采用隱式TL(Total Lagrangian)算法，引入Hill-次方屈服函數(shù)模擬了軸對稱問題的沖壓成形和回彈過程。MKawka等學(xué)者采用靜態(tài)顯式有限元(實際上也是隱式算法)算法軟件ITAS3D模擬了轎車頂蓋和輪轂的多階段成形過程，以及卸載回彈和切邊回彈過程并與試驗結(jié)果進行了比較。 以上這些對于回彈的研究只限于理論方面其與實際試驗的對比驗證還鮮有涉及。對于如何補償所產(chǎn)生的回彈及所謂的回彈控制在試驗方面的驗證尤其對于新型的高強度材料研究甚少。本文將從這方面著手進行回彈控制的研究。事實上克服回彈缺

5、陷的方法有很多。一是要在工藝條件允許的前提下，設(shè)法將回彈控制在盡可能小的范圍內(nèi)；二是如果實在回彈量很大且難以控制(如輕量化的高強鋼板成形回彈問題)就必須借助于計算機仿真和試驗相結(jié)合的辦法，通過回彈補償技術(shù)重新構(gòu)造加工型面，以確保加工精度。此外，溫控成形技術(shù)也是有效抑制甚至消除回彈的有效方法之一。本文主要介紹減小回彈的控制技術(shù)。 2回彈控制技術(shù) 為了避免回彈補償帶來的沖壓模面設(shè)計的困難，對于許多成形問題，首先希望利用回彈的控制技術(shù)來盡可能地消除回彈。在本文中，首先分門別類地介紹回彈特性和控制方法。 所有由彎曲產(chǎn)生變形的金屬板材成形過程的表征是，由彈塑性材料特性引起的板材厚度方向不均勻的位移分布而

6、導(dǎo)致回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生。當(dāng)某一沖壓件成形完畢即在成形步驟的結(jié)尾板材體積內(nèi)存在著殘余應(yīng)力這些殘余應(yīng)力與工具的接觸力相平衡。當(dāng)工具被釋放就是把成形件從模具上卸下時板材將尋找新的平衡位置局部殘余應(yīng)力被釋放，導(dǎo)致成形件的最終尺寸與預(yù)期值存在一定的偏差，即回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生。也就是說回彈主要是由于彎曲部位外側(cè)(拉伸)和內(nèi)側(cè)(收縮)的應(yīng)力差而引起的。因此。為了減少彎曲變形的回彈?？梢钥紤]給彎曲部位施加外力以消除應(yīng)力差。但是因產(chǎn)品形狀和模具結(jié)構(gòu)等而采取的方法有所不同。圖1a給出板材拉伸卸載的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖1b給出板材彎曲后的卸載回彈特征。 為了減小彎曲變形產(chǎn)生的回彈，應(yīng)該在工藝條件允許的前提下，盡可能選擇屈服應(yīng)力小

7、的材料。高強度鋼板的屈服應(yīng)力明顯高于普通金屬板材，這類材料的回彈量往往很大。成形板材的厚度對彎曲回彈影響也很大，通常，板越厚，回彈量越小。此外，工具角部的彎曲半徑對回彈影響也不可忽視，彎曲半徑越小，成形卸載后的回彈量越小。因此。，在板材可成形性允許條件下，應(yīng)盡可能減小模角半徑。 下面針對不同的回彈機制，介紹幾種抑制回彈的具體方法和策略。 21局部壓縮減小回彈方法 如圖2，利用壓縮工藝在彎曲部位壓縮板料外側(cè)(將板料在該部位壓縮到大約使厚度減小5-30)，且不讓彎曲內(nèi)側(cè)變化。這種局部壓縮的工藝策略是利用了彎曲部位壓縮板料外側(cè)減薄導(dǎo)致板料局部強度降低的有利因素。 a部分(外側(cè)彎曲尺)不可與彎曲內(nèi)側(cè)的

8、彎曲尺同心，由于外側(cè)與內(nèi)側(cè)的彎曲半徑不同心且有所稍稍偏移，有利于外側(cè)部分壓縮板料減薄。如果偏移過大，會發(fā)生不該產(chǎn)生的變形(如圖2c)。 2.2一道工序分2段彎曲方法 如圖3，將一次拉延彎曲成形分成2段彎曲成形以此消除回彈。第一段彎曲采用大間隙(板厚115-13倍)加工。由于間隙大板料傾斜，模具的彎曲半徑也大使板料大致彎曲。第二階段的彎曲是將第一段彎曲的大彎曲半徑尺整形到小彎曲半徑廠。第一階段變形的間隙要從最初的小間隙開始調(diào)整，根據(jù)控制回彈的效果而逐步放大。 預(yù)測在第二階段彎曲變形時由于采用小間隙容易產(chǎn)生。拉毛現(xiàn)象(模具磨損而導(dǎo)致制件拉毛)為了消除制件拉毛，模具的凹模有時需要采用表面硬化處理。

9、23 內(nèi)側(cè)圓角尺硬化方法 如圖4，從彎曲部位的內(nèi)側(cè)進行壓縮，以消除回彈。在板材U形彎曲時，由于有兩側(cè)對稱彎曲，采用這種方法效果比較好。L形彎曲時一般面部分的材料壓料力變?nèi)跤袝r會產(chǎn)生尺寸變差。從形狀判斷，彎曲部位壓力弱。對于既要保證強度又要具有彈性的成形件產(chǎn)品不適用。 另外，還可以變化S（圓角尺處的厚度變化量)的尺寸來調(diào)整回彈量。往往由于壓縮圓角尺使得翼面長度而稍微變化對于翼面高度容差小的產(chǎn)品有時需要展開長度的補償。 圖4 內(nèi)側(cè)圓角R硬化方法24 硬化加工法 如圖5使彎曲工具的側(cè)壁翹曲在鋼板上留下硬化筋(TYPEA-C)的痕跡。 硬化筋要用在非變薄面上，注意打痕。由于硬化筋會劃傷產(chǎn)品，因此要根據(jù)

10、產(chǎn)品注意選擇。這種回彈抑制方法對于越厚的板材效果越好。 25變整體拉延成形為部分彎曲成形的回彈控制方法 如圖6把整體拉延成形(設(shè)整體拉延深度為90 mm)的A部(設(shè)為60 mm)采用彎曲成形，消除板外側(cè)和內(nèi)側(cè)的應(yīng)力差，剩余30 mm凹模的B部再通過拉延成形以減少回彈。這種方法對于二維形狀簡單的產(chǎn)品有效對于三維形狀的復(fù)雜產(chǎn)品有時會產(chǎn)生不合格的效果，要注意選擇產(chǎn)品。 26消除殘余應(yīng)力方法 如圖7，拉延成形時在工具的表面增加局部的凸包形狀圓形凸包)在后道工序時再消除增加的形狀，使材料內(nèi)的殘留應(yīng)力平衡發(fā)生變化，以消除除回彈。 27加強筋凍結(jié)形狀方法 如圖8，不改變原產(chǎn)品功能的前提下改變產(chǎn)品形狀，增加加

11、強筋可以控制和改善回彈。 28 負(fù)回彈方法 如圖9在加工工具表面時設(shè)法使板料產(chǎn)生負(fù)向回彈。上模返回后，制件回彈，通過負(fù)回彈和回彈而達到要求的產(chǎn)品形狀。 29淬火，回火抑制回彈方法 如圖10對板料的彎曲部位進行局部的淬火和回火處理，降低屈服點，進而達到消除回彈之目的。 210 凍結(jié)形狀技術(shù) 如圖11a，板料彎曲變形沒有達到正確的曲率，外側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力變平回彈在邊緣里面部位產(chǎn)生皺紋，這是由于弧長a和弧長6(如圖11b)之la-J的長度差而造成的。如圖11b，由于弧長6比弧長a更短，進而產(chǎn)生堆料(邊緣部)產(chǎn)生皺紋；弧長a產(chǎn)生拉應(yīng)力而變平。為了消除這種現(xiàn)象可以考慮設(shè)法消除弧長a和弧長b的長度差如圖11c追加使弧長一致的形狀筋是比較有效的。 211焊接工序配合消除回彈技術(shù) 如圖12，利用焊接工序消除回彈影響，首先要求焊接工序指定出點焊順序，目的是保證有回彈或者回彈量大的部位先焊。此外，在焊接工序中要追加強制夾緊及克