【MFC推荐】汽车冲压模具的回弹分析及案例

冲压与模具工艺 发表于浙江

冲压件回弹的影响因素

1、材料性能

在汽车身上有不同强度的冲压件，从普通板材到高强板，不同板材有着不同的屈服强度，板材的屈服强度越高，就越容易出现回弹现象。

厚板料零件的材料一般采用热轧碳素钢板或热轧低合金高强度钢板。与冷轧薄板料相比，热轧厚板料的表面质量差、厚度公差大、材料力学性能不稳定，并且材料的延伸率较低.

2、材料厚度

在成形过程中，板料厚度对弯曲性能有很大的影响，随着板料厚度增加，回弹现象会逐渐减少，这是因为随着板料厚度增加，参与塑性变形材料增加，进而弹性回复变形也增加，因此，回弹变小。

随着厚板料零件材料强度级别的不断提高，回弹所造成零件尺寸精度的问题越来越严重，模具设计和后期的工艺调试都要求对零件回弹的性质及大小有所了解，以便采取相应的对策和补救方案。

对于厚板料零件，其弯曲半径与板厚之比一般都很小，板厚方向的应力及其应力变化不容忽视.

3、零件形状

不同形状的零件回弹差异很大，形状复杂的零件一般都会增加一序整形，防止成形不到位出现回弹现象，而更有一部分特殊形状零件比较容易出现回弹现象，如U型零部件，在分析成形过程中，必须考虑回弹补偿事宜。

4、零件压边力

压边力冲压成形过程是一项重要的工艺措施，通过不断优化压边力，可以调整材料流动方向，改善材料内部应力分布。压边力增大可以使零件拉延更加充分，特别是零件侧壁与R角位置，如果成形充分，会使内外应力差减少，从而使回弹减小。

5、拉延筋

拉延筋在当今工艺中应用较为广泛，合理的设置拉延的位置，能够有效地改变材料流动方向及有效分配压料面上的进料阻力，从而提高材料成形性，在容易出现回弹的零件上设置拉延筋，会使零件成形更充分，应力分布更均匀，从而回弹减小。

冲压件回弹控制方法

减少或消除回弹最佳的时机是在产品设计和模具开发阶段。借助分析，准确预测回弹量，对产品设计和工艺进行优化，利用产品形状、工艺和补偿来减少回弹。而在模具调试阶段，必须严格按照工艺分析的指导来试模。与普通SE分析比较，回弹的分析和矫正的工作量增加了30％～50％，但却可以大大缩短模具调试周期。

回弹是与拉延成形过程紧密相关的。在不同的拉延条件下（吨位、行程及进料量等），虽然冲压件都没有成形问题，但在切边后的回弹会更加明显地显现出来，回弹分析与拉延成形分析使用同样的软件，但关键是如何设置分析参数，以及对回弹结果进行有效评估。

1、异型零件回弹控制

前地板左右门槛制件开发过程中出现回弹4°现象，标注出了制件回弹部位及回弹多少度。根据制件回弹部位及回弹度数，做出对策。在工艺路线上同样增加整形4°，增加第三序整形序，同时模具整形镶块材质应用为Cr12MoV，硬度需达到HRC58～62。

2、L型零件回弹控制

某车型摆臂加强板制件L型制件，一般L形状制件均为左右对策同模开发，为防止存在侧向力，导致成形制件偏移，左右对称开发L型制件回弹整改与U型零件基本一致。

3、U型零件回弹控制

一般U型零件都容易出现回弹，某车型左/右前纵梁内板前部本体制件及在整车上搭接，此制件在开发过程中出现了回弹问题。经过反复分析，并根据其搭接关系与设计人员沟通，对制件做出更改，增加加强筋长度，在模具本身增加整形序，预定整形1～3.5 mm.

工艺排序增加整形序，制件整个侧壁全部整形，保证制件无回弹现象发生。如图5所以，组后翻边侧冲序增加整形镶块，而且模具镶块全部用Cr12MoV材质，保证处理淬火硬度达到HRC58～62。最终确定此方案，按照此方案更改模具，现场验证成形制件无回弹现象出现。

根据以往开发车型的经验，可以确定容易回弹制件明细，对此类制件应用的开发流程。

另外,目前通用的解决板料冲压回弹的工艺措施做法有如下面几点:

1、校正弯曲

校正弯曲力将使冲压力集中在弯曲变形区，迫使内层金属受挤压，被校正后，内外层都被伸长，卸载后挤压两区的回弹趋势相抵可以减小回弹。

2、热处理

在弯曲前进行退火，降低其硬度和屈服应力可减小回弹，同时也降低了弯曲力，弯曲后再淬硬。

3、过度弯曲

弯曲生产中，由于弹性恢复，板料的变形角度及半径会变大，可以采用板料变形程度超出理论变形程度的方式来减小回弹。

4、热弯

采用加热弯曲，选择合适温度，材料有足够的时间软化，可以减小回弹量。

5、拉弯

该方法是在板料弯曲的同时施加切向拉力，改变板料内部的应力状态和分布情况，让整个断面处于塑性拉伸变形范围内，这些卸载后，内外层的回弹趋势相互抵消，减小了回弹。

6、局部压缩

局部压缩工艺是通过减薄外侧板料的厚度来增加外侧板料的长度，使内外层的回弹趋势相互抵消。

7、多次弯曲

将弯曲成形分成多次来进行，以消除回弹。

8、内侧圆角钝化

从弯曲部位的内侧进行压缩，以消除回弹。当板形U形弯曲时，由于两侧对称弯曲，采用这种方法效果比较好。

9、变整体拉延成为部分弯曲成形

将零件一部分采用弯曲成形后再通过拉延成形以减少回弹。这种方法对二维形状简单的产品有效。

10、控制残余应力

拉延时在工具的表面增加局部的凸包形状，在后道工序时再消除增加的形状，使材料内的残余应力平衡发生变化，以消除回弹。

11、负回弹

在加工工具表面时，设法使板料产生负向回弹。上模返回后，制件通过回弹而达到要求的形状。

12、电磁法

利用电磁脉冲冲击材料表面，可以纠正由于回弹造成的形状和尺寸误差。

案例

下面介绍公司某车型防撞梁采用冷冲压工艺解决回弹的过程。

C型面回冲

1、零件

如下图,防撞梁内板采用DOCOL 860高强度板，安装要求较高，制件回弹很难控制。

防撞梁内板

2、冲压工艺方案

对零件形状特征及材质进行分析后，决定采用工以方案为首序拉延，共用4道工序完成冲压全过程， 分别为OP10 DRtOP20 TR/PI^OP30 FURST—>OP40 PI/CPI/CUTo图12为拉延工序的工具体。

拉延工序的工具体

3、存在问题

零件回弹严重，高度方向最大回弹15 mm,宽度方向最大回弹7 mm,如下图。

回弹

4、原因

此制件材料为瑞典进口的DOCOL 860,抗拉强度大于800 MPa。冲压工艺设计时按照普通制件进行了回弹补偿，制造过程也未采用控制回弹的方法，终因回弹补偿过小制件严重回弹。

5、解决方案

采用CAE分析对比实际零件回弹情况，经模拟分析定出回弹补偿为长度方向15 mm、宽度方向补偿7 mm (如下图)；同时，用验配的方法改善模具间隙，宽度方向凸模/?角在整形工序做适当减小处理。

补偿

6、效果验证

采用回弹补偿法对模具整改后，回弹量仅有2 mm (如下图 ),通过进一步调整后达到设计要求

改善后效果

实际装配验证各项尺寸均满足使用要求。

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