高強鋼制件回彈控制方法

楊杰強　孫紀樂

摘 要：回彈現象會對高強鋼制件的尺寸精度、質量造成直接影響，而且高強鋼自身特性也會對其制件造成影響，回彈屬于難以控制的問題，屈服強度越大，其回彈量越大。因此，本文主要闡述高強鋼制件回彈類型以及影響因素，分析回彈測量方法，探究高強鋼制件回彈控制方法以及避免高強鋼制件出現回彈措施。

關鍵詞：高強鋼;回彈;影響因素;控制方法

1 引言

隨著科學技術的不斷發展，汽車逐漸向著輕量化方向發展，高強鋼制件的應用也就成為了決定汽車輕量化發展的因素。然而，高強鋼制件自身材料強度較高，制件成型存在一定困難，制件會出現變形、扭曲或回彈情況，導致汽車車身尺寸的精度較低，整體性較差。高強鋼制件在成型過程中，對工裝的磨損較大，會對模具的使用壽命造成影響而且高強鋼制件的質量不穩定，在實際使用過程中容易出現回彈情況，因此，需要采取有效措施預防回彈現象的發生，明確回彈類型和影響因素，實現回彈現象的控制。

2 高強鋼制件回彈類型以及影響因素

一般高強鋼回彈是材料塑形成型后，隨著變形應力的消失，在成型過程中儲存的彈性變形會被釋放出來，產生應力重組，導致制件整體形狀發生改變。根據對車型模具開發經驗得出，高強鋼制件中沖壓件的回彈類型主要有六種，即回彈（也被稱為角度變化，主要是制件的彎曲邊緣線偏離檢具）、負回彈、側壁卷曲（板料在彎曲的過程中，由于應力分布不均勻所導致）、整體形狀扭曲、拉延制件扭曲和局部型面卷曲等。

影響高強鋼制件回彈的影響因素主要包含七方面：①材料性能。在高強鋼彈性階段內，材料體現出來的屈服極限越高，其彈性模量越大，產生的加工硬化現象越嚴重，彎曲變形的回彈也越大;反之，材料體現出來的抵抗彈性變形能力就越強，回彈值越低。②相對彎曲半徑。相對彎曲半徑越大，產生的回彈值就越小，相反就會越大。③彎曲中心角。假如彎曲中心角越大，變形區的長度和回彈累計值就會逐漸增大，回彈現象就會越來越嚴重，但是不會對曲率半徑的回彈造成影響。④模具間隙研配。模具的相對工作部位之間都有一定的間隙，通常是1倍材料厚度，能夠在間隙中容納產品。在模具加工完成后，需要進行局部研配，才能保證材料的流動效果。⑤零件自身形狀。高強鋼制件自身形狀扭曲，存在多個“S”造型，而且還存在左右不對稱的設計，很容易導致制件出現扭曲回彈。不同的制件對回彈的影響也不同，比如，u型制件，由于其兩邊互相受到牽制，導致其回彈量會低于V型制件。⑥成型方式。高強鋼制件的形成方式會直接影響回彈值。通常而言，拉延模會比成型模的回彈效果好。⑦整形力。在對高強鋼制件進行整形的過程中，整形力越大，產生的回彈值就會越小，這是由于大的整形力能夠促使變形區內外側都產生切向拉應變，導致內外側纖維都被拉長，并達到成型效果。在卸載后，變形區的內外側都會因為彈性回復而縮短，由于內側和外側的回彈方向相反，導致制件向外的回彈趨勢會緩解或消除。

3 回彈測量的方法

目前針對高強鋼制件回彈測量的方法主要有兩種：（1）基于標準夾具的測量法。夾具的輪廓制作主要是將目標零件的輪廓同時偏置一個距離所得，在定位點夾緊之后，能夠通過手動或者利用三坐標測量儀的方式對待測零件和夾具之間的間隙進行測量，將固定有A柱加強板的檢具放置在三坐標測量儀的床臺上，利用三坐標測量儀定義基準之后，操控測量針進行打點檢測，系統會自動顯示并保存已打過點的回彈信息，并通過.PDF格式文件導出來，測量的間隙減去偏重距離，進而得出回彈值。（2）基于凹模的測量法。這種方法直接將待測零件安放在凹模上，不需要采用任何夾緊措施，進而選取特征點，再通過應用激光掃描或者白光照相測量等方式，獲取特征點的幾何信息，進而利用這些掃描點信息和標準零件的CAD數據進行比對，進而得出回彈量。

4 高強鋼制件回彈控制方法

4.1 R角部位整形回彈控制法

該方法主要是利用整形的方式，對之間的彎曲部位的應力進行改善，進而達到減少回彈值的目的。如圖1所示。通過對R角部位進行整形，能夠對彎曲部位的內側、外側應力的分布區域進行改變，減少彎曲部位的拉應力區域，當尺圓角調整到一定程度上時，能夠達到塑性變形，而且當彎曲內部應力大于外部應力時，會出現負回彈情況。在進行產品設計的過程中，R值應該盡可能控制在8mm以內。對彎曲部位進行R角整形的過程中，拉延工序凹模Ra角和整形工序凹模Rb角之間的差值一般控制在5mm以內，否則就會對高強鋼制件的精度造成影響。例如，某車型的左右B柱內板拉延工序局部角為10mm，后續整形工序角為5mm。

4.2 內側圓角硬化回彈控制方法

該方法主要是對彎曲部位的內側進行壓縮從而達到消除回彈目的的方法。對于u型零件，由于其兩側產生對稱彎曲情況，可以采用該方法進行解決。對于L型零件，同城面部分的材料壓料力較弱，有時會出現尺寸差異，可以從形狀進行判斷，彎曲部位的壓力較弱。對于既要保證強度也要保證彈性的成型構件，不適合使用該回彈控制方法。另外，還可以通過對圓角R處的厚度變化量進行調整，實現回彈量調整。

4.3 成型硬化回彈控制方法

這種方法在使用過程中容易使彎曲工具的側壁翹曲，在鋼板上留下硬化痕跡。通常硬化筋會劃傷高強鋼制件，因此，在使用該方法時需要結合構件的特點進行選擇，一般硬化痕跡被應用在非變薄面上，這種回彈控制方法適用于較厚的板材中，板材越厚使用效果越好。

4.4 2次成型控制回彈方法

如圖2所示，是利用2次成型方式，對板內外側應力進行消除的方式，是一種控制回彈的有效方式。在圖中，“H”為第一次制件成型的高度，“H+H”為第二次制件成型高度。在2次成型之后，高強鋼之間的內應力較小，品質相對穩定，但是這種方式的使用會導致模具加工的工序增多，也增加模具的制造成本。

4.5 開發軟模回彈控制方法

高強鋼制件由于制件扭曲回彈量不容易被控制，回彈值屬于變化數值，在模具開發的過程中，通常開發一些簡單的軟模或實驗鑲塊，通過多次試驗之后，確定制件的扭曲回彈值，結合試驗結果數據，再開發正式的模具。

4.6 負回彈控制方法

采用該方法，能夠對加工工裝的表面進行特殊性處理，讓板料產生負回彈現象。上模返回后制件回彈，可以通過負回彈以及回彈的形式，進而導致產品達到要求。

4.7 增加防回彈筋消除回彈

在保證原高強鋼制件功能或者性能的要求下，可以通過增加防回彈筋的方式改變產品形狀，進而實現對回彈的控制和改善。比如，某車型左右側圍門檻梁前段由于制件回彈，在制件型面增加回彈筋，在完成整改之后，會消除制件的回彈，提升改善效果。

4.8 回彈工藝補償

該方式主要是對拉延模型面采用回彈工藝補償方式。由于A柱加強板在AutoForm中有四項模擬工藝，分別為拉延、修編、翻邊整形和沖孔等，假如A柱加強板最終正負回彈均大于所要求的0.8毫米范圍，可以采用拉延回彈工藝進行補償。在拉延之后最大正向回彈為3.774mm，最大負向回彈為-3.728mm，產品最終的正向最大回彈為3.449mm，負向最大回彈為-3.025mm，二者相差不大。假如僅對拉延工序進行補償，那么在拉延之后的修邊，就會由于修邊刀剪切板料時的刀具和板料的劇烈擠壓和摩擦作用下，出現邊緣回彈增加的情況，進而進行翻邊整形，避免制件中間被壓料板固定，部分回彈也沒有發生改變。

5 避免高強鋼制件出現回彈措施

第一，選擇合適的材料。在滿足相關要求的情況下，盡可能選擇屈服極限較小、彈性模量大的材料，減少并消除回彈值。第二，設計合理的零件結構。在不改變原制件功能的情況下，對產品形狀進行改變，可以對彎曲件進行翻邊或者疊邊處理。第三，設置合理的模具間隙。對于U型彎曲來說，其回彈會隨著凹模開口深度增加而減少，會隨著模具間隙減少減少回彈量;對于V型彎曲來說，要注意和模的高度。

6 總結

總之，高強鋼的回彈一直是制件研究的熱點和難點，在實際對制件進行沖壓的過程中，回彈比較難以量化，容易導致制件出現回彈現象，影響制件尺寸的準確性。在對高強鋼制件回彈進行控制的過程中，明確回彈類型以及影響因素，結合具體情況，選擇合適的回彈控制方法，選擇合適的材料、設施合理的零件結構和模具間隙，避免高強鋼出現回彈情況。

參考文獻：

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