超薄鋼板材料對沖壓零件的扭曲淺析

超薄鋼板材料對沖壓零件的扭曲淺析

對沖壓超薄零件精度影響較大的重要因素之一是沖壓時材料性能的波動，尤其是扭曲波動和成形性能穩定不足而導致產品的質量缺陷。筆者主要以材料性能的波動對沖壓成形零件扭曲變形分析為重點，結合科學實驗方法識別重點影響因素，得出超薄鋼板材料性能參變量影響板料扭曲變形的部分規律，為減少扭曲波動和對沖壓質量和精度的影響，提出材料參變量優先選用原則。超薄鋼板；沖壓零件；扭曲變形；質量缺陷

超薄鋼板沖壓件典型工藝：落料→拉延→修邊→檢驗，傳統方法難以估計和控制扭曲變形的程度，變形同時受模具參變量、材料參變量、工藝參變量等眾多因素的影響。筆者著重描寫影響扭曲性能的材料性能參變量，通過對薄壁鋼板沖壓零件進行實驗和復雜的計算分析，提出合理材料選擇。

超薄鋼板材料性能參數簡述

超薄材料沖壓要考慮材料的屈服、流動和硬化三準則，使用剛體材料模型和彈塑性材料模型。屈服準則從能量的角度，解釋了板料開始在外力作用下，材料能穩定地發生永久變形而不破壞其完整性時的應力，經歷了連續三個階段：彈性變形、彈塑性變形和斷裂。對于超薄壁材料，通常使用具有0.2%永久變形時候的作用力當作屈服強度δs。然后按流動準則確定塑性變形的方向和大小。n作為應變硬化指數是判斷成形性好壞與否的指標，用來描述塑性變形的后繼屈服面的變化規則[1]，應變硬化指數比較低的超薄鋼材料，應變會導致流動應力快速消失，這就使應變進一步被分散、讓零部件變形恢復而產生扭曲[2]。超薄鋼板沖壓件的尺寸形狀精度會由于扭曲產生一定的誤差，板材越薄、強度越低，其扭曲偏差越大。

材料性能參數對沖壓后扭曲量的影響分析

實驗分析

超薄鋼沖壓件沿不同的軋制方向材料性能是有差異的，方向不同成型后殘余應力也不同，扭曲變形不同。對超薄零件沖壓仿真即復雜亦非線性過程，而且受到外部強弱不同的干擾因素，所以對零部件的扭曲進行準確預測是一個非常困難的過程[3]。根據材料性能影響因素、實驗設計結果顯著性分析，通過對扭曲波動進行顯著性的分析，屈服強度δs和厚度的P值在小于0.05，而摩擦和應變硬化指數厚度的影響比較小，最為顯著的是屈服強度影響；通過對扭曲回彈值H的顯著性分析，發現實驗各因素對扭曲回彈值的影響不大。為了降低扭曲變形的波動，從板材厚度和屈服強度兩個方面進行控制效果明顯。

減小扭曲變形影響的材料選取原則

假設材料性能服從正態分布，超薄板料的質量過程穩定，為降低扭曲波動的角度出發，選擇材料在時要考慮如下：

一是零部件設計階段考慮材料屈服極限δs對薄壁鋼板扭曲的影響，屈服極限越小，變形抗力越小。δs越小的材料的貼模性能和形狀凍結性能就越有利于提高超薄鋼沖壓件的形狀精度，對于小淺拉深薄壁件來說塑性變形也會增大，一般在100Mpa 和125Mpa之間。

二是從材料性能的角度進行考慮，對薄鋼板沖壓件扭曲波動的影響程度由高到低依次為屈服強度大于厚度大于板面摩擦性能大于應變硬化指數，在薄鋼板沖壓件的扭曲量波動時按此順序控制材料。

三是在設計時優先考慮較厚的鋼板以降低扭曲變形，采用高應變硬化指數和高摩擦的材料也可減小扭曲的趨勢。

四是考慮非材料性能因素的控制，如落料凸模和壓料板間隙控制、增大模具壓料腳、凹模去反錐、沖壓前矯平原材以及均勻涂油等。

結束語

薄壁鋼板沖壓件是目前汽車行業輕量化的一個趨勢，筆者針對其在實際生產過程中常見的沖壓后扭曲變形問題，由于材料性能的不同導致成型工藝參數的變化進行了小結，系統地研究了材料屈服強度、厚度、應變硬化指數和摩擦對扭曲波動的影響規律，從降低扭曲波動變形和波動的角度考慮，提出了科學合理的材料選擇要求。