高强度钢板梁类零件冷冲压成形技术研究

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1、生产现场SHOPSOLUTION高强度钢板梁类零件冷冲压成形技术研究摘要：简要介绍了梁类零件的结构及其冷冲压成形的特点，对高强度钢板和普通低碳钢板的性能进行了比较，详细分析了高强度钢板梁类零件典型冲压尺寸精度问题的种类及其影响因素，提出了控制角度回弹、侧壁翘曲、纵向扭曲的一系列解决方案，简化了成形工艺。关键词：高强度钢板梁类零件冷冲压成形中图分类号：TG335文献标识码：A一汽模具制造有限公司吴国峰张云山1梁类零件的结构及其冷冲压成形的特点1.1梁类零件的结构梁类零件分为平面结构梁和空间结构梁，典型的梁类零件主要有以下几种。a.纵向呈一字形、横截面为U形或U形带有法兰的梁，见图1。b.平

2、面纵向呈S形、横截面为U形带法兰的梁，见图2。c.平面纵向呈槽型、横截面为U形带法兰的梁，见图3。d.空间上纵向呈S形、横截面为U形带有法兰的梁，见图4。e.非规则形式的空间结构梁，见图5和图6。图1轿车加强梁图2载货车左、右地板纵梁图3载货车横梁图4轿车左、右后边梁图5轿车左、右前纵梁图6轿车左、右后纵梁前板1.2梁类零件的冷冲压成形特点料厚为1～2mm的简单一字型梁采用压弯成形方法，其它结构梁以压弯成形为主、拉延成形及后序斜楔整形为辅；厚板料（料厚＞2mm）的梁多生产现场SHOPSOLUTION弯曲棱线角度变化采用压弯成形工艺。2高强度钢板和普通低碳钢板的性能比较表1高强度钢板和普

3、通低碳钢板的主要性能比较结果高强度钢板和普通低碳钢板的主要性能比较结果见表1。图7载货车左、右地板纵梁的角度回弹钢板屈服强度低碳钢板高强度钢板＜250＜4000.20～0.261.0～1.8＞250＞4000.10～0.180.9～1.2种类σs/MPa抗拉强度σb/MPa硬化指数n各项异性指数r由表1看出，高强度钢板的σs和σb比低碳钢3.3扭曲图8轿车左、右后边梁的侧壁翘曲板高得多、而n值和r值却比较低。因此高，强度钢板的成形性能比低碳钢板差、成形极限比低碳钢板小。高强度钢板虽然与低碳钢板一样有破裂和起皱问题，但高强度钢板零件的几何尺寸和型面尺寸精度问题更为突出，尤其是回弹

4、和翘曲的问题在相同条件下比普通钢板更为严重，已成为困扰高强度钢板模具制造的主要问题。许多专家对回弹问题展开了大量的理论研究和生产试验，主要包括回弹预测、回弹控制和回弹补偿几方面。虽然取得了一定成果，但与实际调试时的回弹数值相差很大；另外，高强度钢板CAE数值模拟分析趋势与实际调试结果吻合程度较好，但回弹量的预测量还有一定差距。3高强度钢板梁类零件典型冲压尺寸精度问题的种类高强度钢板梁类零件冲压成形的方法和条件对冲压成形的尺寸精度影响非常大，典型的尺寸精度问题有以下几种。3.1角度回弹角度回弹即零件角度和模具相应角度不符的现象，见图7。3.2侧壁翘曲侧壁翘曲即零件侧壁平面变成曲面的现象，见图

5、8。扭曲即零件两个断面的相对位置与理论位置相比发生改变的现象，见图9。扭转扭转图9轿车左、右门槛加强板和左、右后边梁的扭曲4高强度钢板梁类零件冲压尺寸精度的影响因素4.1高强度钢板回弹CAE分析影响因素金属板料发生塑性变形时，由于其晶体结构及轧制工艺的不同，板料在不同方向上表现出的力学性能会有所差异。对板料进行单轴拉伸变形时，宽度方向的真实应变与厚度方向的真实应变之比为厚向异性系数，板料沿纤维纵向发生的弯曲（即拉、压变形）方向与轧制方向夹角分别为0°、45°、90°的厚向异性系数记为R0°、R45°、R90°。在板料V形弯曲有限元成形仿真过程中，为了与真实的板料冲压工艺保持一致，设定弯曲

6、棱线与轧制方向垂直，即拉、压变形都在0°方向发生，图10为板料轧制方向的厚向异性系数R0°发生变化时回弹角变化情况的CAE模拟值。可以看出，在冲压深度与板料宽度比h0/b0=4.5、相对弯曲径厚比生产现场SHOPSOLUTIONRp=15mmRp=10mmRp=5mmR/t0=10的条件下，R0°越大，回弹越严重。即板料的厚向异性系数越大，变形时板宽方向变形越大、板厚方向变形越小，切向变形越不充分，因此回弹增大。-2.0-2.2-2.4-2.6-2.8-3.0-3.2-3.4-3.6b0=10mmt0=1mmR/t0=1000.51.01.52.02.53.0厚向异性系数R0°回弹角（/°

7、）图11凸圆角半径对回弹角的影响凸模Rd=15mmRd=20mmRd=10mmRp板料Rd凹模弯曲距离凹模圆角半径越大，零件的回弹角度变化越大。从图中还可以看出，随着凹模圆角半径增大，法兰边回弹角亦明显增大。图10板料厚向异性系数R0°对回弹角影响的CAE模拟值4.2模具参数的影响板料在进行U形弯曲变形时，凸模圆角半径Rp，凹模圆角半径Rd，压弯深度h，凸、凹模间隙δ和凹模口跨度w等工艺参数都会对板料卸载后的回弹产生影响