汽车高强板冲压件质量问题解决方法的研究

邹 玉 清

（吉林电子信息职业技术学院机电技术学院 吉林 长春 １３２０２１）

摘 要：随着我国汽车产业的高速发展，在整车设计上逐渐突出了安全性和轻量化的特点，特别是组成整车骨架车架的纵梁，采用高强板成为了一种趋势。但影响汽车高强板冲压件质量的主要问题是成形回弹，已形成问题瓶颈；其次是冲压模具寿命及稳定性对制件的影响。针对某微型车左、右前纵梁后段在开发过程中存在的质量问题，通过对产品的冲压工艺设计、模具设计与调试及模具寿命研究，寻找解决质量问题的最佳方案和方法。

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关键词 ：回弹；ＣＡＥ模拟；高强板

中图分类号：U465 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．03．０39

收稿日期：２０14－11-28

１ 汽车高强板冲压件质量问题

高强板较普板具有高屈服强度，低断面收缩率等性能。采用高强板，遇到的常见问题就是成型后，制件产生的回弹、扭曲、翘曲，而且不易解决。影响制件质量的次要问题是冲压模具寿命及工序稳定性。

２ 冲压工艺设计时质量问题解决方法的研究

某微型车左／右前纵梁后段，材料为Ｐ２５０，料厚为２．０ｍｍ，生产批量很大。此纵梁的特点是各个断面形状相似，基本上类似Ｕ形断面，长度方向为Ｓ型。

根据此产品的形状、所用材质和产品的质量要求，制订产品的工艺方案时需着重解决以下问题：

①制件在拉延（或成形）后，两侧翼面的回弹问题； ②由于制件在长度方向Ｓ型，在拉延（或成形）后，制件的上表面出现的扭曲、翘曲和回弹问题；③工艺要稳定，模具的调试、调整量要小。在左右前纵梁后段冲压工艺设计阶段，提出了３种工艺方案，分别对工艺的着眼点及优缺点进行了分析。

（１）简单成形方案。采用的工艺方案为：落料、冲孔→成形→整形→斜冲孔

此种工艺方案的特点是简捷，符合材料利用率最低的要求。难点在于：①成形过程中，材料位置难以控制，将影响产品生产的稳定性；②成形的上压料只能起到退料作用，起不到提高材料塑性变形的作用，后序的回弹会比较大；③整形对零件的回弹变形难以控制；④由于制件的回弹没有有效控制，后序的斜冲孔的孔位难以满足产品需要。

（２）拉延整形方案。采用的工艺方案为：拉延→修边、冲孔、斜修边→整形→斜冲孔

此种工艺方案为传统的典型工艺方案，由于采用拉延工艺，制件的强度和回弹都能够得到较好的控制，两侧面的质量也有了明显的改善。但此方案出现了第二序斜修边的问题。此外还存在以下几个问题：①拉延工序由于采用了回弹补偿，不容易确定拉延的最终状态；②整形状态不容易确定（包括整形的圆角和角度无法确定），增加了调试和修整的工作量。

（３）拉延斜翻边整形方案。采用的工艺方案为：拉延→修边、冲孔、斜修边→斜翻边整形→斜冲孔

此种工艺方案是针对方案（２）出现的整形状态不易确定的问题，改变了整形方案，从而也解决了拉延工序难确定的问题。

由于采用了斜翻边整形方案，制件在拉延后产生的回弹，可以通过调整整形工序模具的封闭高度来调整两侧壁的回弹角度，减少了模具的调试工作量。

３ 冲压模具设计时质量问题解决方法的研究

采用ＡＵＴＯＦＯＲＭ成型模拟分析，预测制件的回弹与变形，然后采用ＣＡＥ模拟，确定模具的回弹补偿方案。

通过ＣＡＥ模拟可以明显看出，此件在进行拉延、修边、冲孔等工序后，制件的因回弹引起的变形较大。特别是板件整体两端向下回弹，达到１．１４~１．３４ｍｍ；另外可以看出制件由于制件本身形状（长度方向Ｓ型），在拉延成型过程中，中间部位应力应变明显变形不均，这会造成制件的成品的扭曲。在设计拉延模时，根据ＣＡＥ模拟结果，对模具模面进行工艺补偿：将板件两端向上反向补正，中间不动，两端头分别向上抬高２~３ｍｍ不等。

对斜整形模具局部强压处理。模具在制造调试中，斜整形模具局部考虑局部采用强压处理，来保证制件的最终形状，防止翘曲、扭转等的变形问题。

提高模具寿命，保证工序的稳定性。高强板强度高，变形时，所需的成型力较大。设计拉延模的压料板时，要使模具的调整块位置与墩死块的位置相一致，模具结构避免采用悬臂机构，保证模具的强度和刚度；拉延模具的凹模和压料面都采用Ｃｒ１２ＭｏＶ镶块，并进行ＴＤ处理，提高模具的耐磨性；优化凹模圆角，改善材料进入凹模的流动状态，降低凹模口的磨损和成型力。

４ 冲压模具调试时质量问题解决方法的研究

４．１ 模具调试时，重点关注的问题及解决措施

模具调试过程中，应努力提高模具的工作状态，需重点关注：

（１）模具着色。模具着色率应达到９０％以上，特别是拉延和斜整形工序。如未达到，需调整模具，确保模具的工作状态稳定。

（２）拉延模具压边力。在保证制件不裂的前提下，尽可能满足制件塑性变形，减少制件回弹。

（３）模具拉延筋的调整。合理设置拉延筋位置和大小，可以改变拉延模具的压边力的分布，从而保证整个制件变形均匀，最大程度上保证制件的变形，以减小回弹。

（４）模具表面光洁度。表面粗糙虽然可以使进料阻力增大，增加进料阻力，但是模具的工作状态不稳定，模具的表面磨损较快，生产一定数量制件后，模具的状态就难以确定了，以致后序的制件状态也无法保证。

４．２ 模具调试时，存在的质量问题及解决措施

模具虽经上述调整，制件经过拉延，修边和斜整形后，仍存在翘曲、扭转等问题，根据制件翘曲的相应位置采取以下方法：①整形模具局部地方采用强压处理；②改变拉延凹模的圆角。为改善产品侧壁内凹现象，把制件部分区域的圆角由Ｒ５改为Ｒ３，增大了板料进料阻力，使制件塑性变形最大，减少制件回弹和翘曲；③增大拉延工序的设备吨位。原试模用１０００Ｔ压力机，制件的回弹、翘曲状态不稳定，后来采用２０００Ｔ压力机后，制件的状态有了明显的好转；④合理调整拉延筋的位置和大小。

５ 结语

通过对高强板纵梁回弹、扭曲、翘曲等质量问题解决方法的研究，在调试过程中采取有效措施，最终制造出了生产稳定、质量合格的产品。在模具调试过程中，虽然很多参数不可量化，如压边力大小及压力分布状态、拉延筋的阻力大小等，但是可以借助前期的模拟分析，去了解板材成型情况，在保证各序模具工作状态稳定的前提下，有针对性地调整模具，最终达到产品要求。

随着计算机技术的不断发展和深入，利用板材成型分析软件，在产品设计时期，做好前期产品规划；在工艺设计、模具设计和模具调试过程中，采取合适措施，一定能够保质保量制造出符合汽车需要的更复杂的梁类产品。

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参考文献

１ 韩俊，詹捷，罗静．高强板成形回弹控制方法研究［Ｊ］． 机械工程师２００９（８）

２ 范军锋，陈铭． 中国汽车轻量化之路初探［Ｊ］． 铸造，２００６（１０）

３ 陈和清，彭成允，魏良庆．汽车用高强度钢板弯曲回弹实验研究［Ｊ］．模具工程，２００８（７）

（责任编辑 梁 工）