熊文偉，湯志國

（1. 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院，長沙 410151；2. 中聯(lián)重科車橋有限公司，津市 415400）

0 引言

制動蹄是汽車制動器上的重要保安零件，一般為鑄件和焊接件兩種形式。由于鑄件存在許多缺陷，如氣孔、夾砂、冷隔、縮孔、裂紋等，且生產(chǎn)成本較高，所以目前制動蹄常采用板料沖壓、彎曲，然后焊接成形等結(jié)構(gòu)。它由制動蹄翼板、幅板、摩擦片等主要零件構(gòu)成。在汽車行車制動過程中，液壓系統(tǒng)內(nèi)建立高壓液體，此高壓液體推動制動輪缸中兩個活塞向外張開，使緊靠于制動輪缸的制動蹄端向兩邊分開，消除制動鼓與摩擦片間的預(yù)留間隙，從而貼于制動鼓的內(nèi)圓面上，達到制動的目的。但制動蹄翼板在沖壓、彎曲成形和焊接的過程中，易產(chǎn)生彎曲回彈和焊接變形回彈，從而使零件的實際形狀和尺寸與設(shè)計要求產(chǎn)生差別，影響制動效果。為了保證質(zhì)量，減少回彈，本文對制動蹄翼板結(jié)構(gòu)特點及工藝性進行分析，找出產(chǎn)生回彈的原因及影響因素，探討減少回彈的對策，并設(shè)計出合理有效的彎曲模具，經(jīng)實踐檢驗行之有效，使彎曲回彈和焊接變形回彈現(xiàn)象得到了有效控制，為類似彎曲零件沖壓成型提供了設(shè)計參考。

1 零件結(jié)構(gòu)及工藝分析

圖1所示零件為我校企合作開發(fā)的某汽車后制動蹄翼板零件結(jié)構(gòu)簡圖，材料為 16Mn，板厚5mm，彎曲內(nèi)半徑為R136，零件的生產(chǎn)批量很大，主要彎曲形狀是半圓形件。

該零件在常溫下成形，其工藝過程為：下料——落料沖孔（螺紋底孔、定位孔）——彎曲——酸洗——焊接。在彎曲成形過程中要求零件表面平滑，不允許有皺紋、劃傷、拉毛等表面缺陷，同時該成形零件必須具有足夠的剛性和尺寸穩(wěn)定性。彎曲時，由于材料產(chǎn)生的并不完全是塑性變形，其彎曲部位還存在著彈性變形，所以當載荷去除后，零件就會產(chǎn)生回彈?；貜椀慕Y(jié)果表現(xiàn)在彎曲曲率和角度的變化，這種變化使得工件彎曲后的實際形狀和尺寸與設(shè)計要求有了差別。另外，后制動蹄翼板在焊接后沿母線方向?qū)a(chǎn)生焊接變形，形狀由“—”變?yōu)椤?”，出現(xiàn)焊接變形回彈。這些都是影響制動蹄產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，必須探討消除彎曲回彈和焊接變形回彈的有效辦法。

圖1 后制動蹄翼結(jié)構(gòu)示意圖

2 影響彎曲件回彈原因分析及對策

產(chǎn)生回彈的主要原因是因工藝方法不當或模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理導致零件變形區(qū)的材料塑性變形不足，進而產(chǎn)生彈性回彈。要克服回彈，則可通過采用合理的工藝方法來改善板材在成形過程中的應(yīng)力狀態(tài)，還可通過設(shè)計模具時選用合理的回彈角、回彈半徑和模具間隙等工藝參數(shù)來解決。

2.1 影響彎曲回彈因素

1）材料的力學性能。工件的回彈量與材料屈服點σb成正比，與彈性模量E成反比，還與板厚各向異性r、材料的強化系數(shù)F值和材料的應(yīng)變強化指數(shù)n值等有關(guān)。

2）材料的相對彎曲半徑R/t （R為彎曲件內(nèi)半徑，t為彎曲件厚度）。在同等條件下，R/t值越小，回彈量就越小。

3）彎曲角的影響。一般來說，彎曲角越大，卸載后回彈量也越大，U形件的回彈量比V形件大。

4）模具間隙。凸、凹模之間的間隙越小，回彈量越小。

5）校正力。增加彎曲校正力可以減小回彈量。6）軸向張力也對彎曲回彈產(chǎn)生影響。

7）弧形焊件在焊接熱源的作用下，會產(chǎn)生應(yīng)力和變形，形成焊接變形回彈。

2.2 減小彎曲回彈對策

回彈問題是一個復(fù)雜的問題，由于影響零件回彈量的因素很多，且諸多因素相互影響、相互制約，所以理論上計算彎曲件的回彈值是比較困難的，必須建立理論分析與實踐的有機結(jié)合。

傳統(tǒng)的方法是在設(shè)計模具時，先按經(jīng)驗數(shù)據(jù)或資料中的圖表來選用，等模具制造出來后經(jīng)過試沖，再對模具凸、凹模部分進行修正獲得。對于本零件來說，工件的彎曲率半徑和材料的厚度的比值較大，即相對彎曲半徑較大，若按工件的形狀加工凸、凹模，壓出的工件回彈量會很大，所以設(shè)計凸、凹模時必須設(shè)法消除回彈因素。

采用的對策：

1）先是理論估算回彈量大小，進行“補償彎曲”。

2）改變彎曲時的應(yīng)力狀態(tài)，實行校正彎曲。在設(shè)計彎曲模具時，可考慮通過改進模具結(jié)構(gòu)，使校正力作用于彎曲零件的轉(zhuǎn)彎處，達到消除回彈的目的。

3）調(diào)整凸、凹模之間間隙到最小。凸、凹模之間間隙的恰當與否將直接影響彎曲件的質(zhì)量，若調(diào)整不當，間隙大的一側(cè)，彎曲時拉應(yīng)力小于間隙小的一側(cè)，回彈量將大于間隙小得一側(cè)。凸、凹模之間間隙越小，零件的回彈量將越小。

4）適當加入潤滑油減少摩擦，也可減少回彈量。

2.3 防止焊接變形回彈的措施

1）用反變形法防止焊接變形，首先將焊件向焊接變形相反的方向進行人為的變形，以達到與焊接變形相抵消的目的。

2）選擇合理的裝配和焊接順序，防止焊接變形。

3）用剛性固定法防止焊接變形。

4）用散熱法防止焊接變形。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 凸模的設(shè)計

針對減少回彈的原因及對策，在設(shè)計凸、凹模具時應(yīng)綜合考慮零件的回彈因素，一般當彎曲工件的圓角半徑R＜（5～8）t時，工件的彎曲半徑一般變化不大，這時只需要考慮彎曲角度的回彈，回彈的角度一般通過查有關(guān)經(jīng)驗數(shù)值獲得；當彎曲工件的圓角半徑R≥（5～8）t時，可利用下面的公式計算回彈補償時所需彎曲凸模的圓角半徑。本零件的主要彎曲形狀是圓弧，其彎曲曲率半徑遠大于8t，故決定采用補償法對彎曲半徑進行修正，以消除回彈。

式中：R——彎曲件圓弧半徑（mm）

σs——材料的屈服強度（MPa）

E——彈性模量

t——材料的厚度 （mm）

對于16Mn鋼，查有關(guān)資料可知，材料的屈服強度σs＝345Mp，彈性模量＝211000Mpa，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得：

考慮到后制動蹄翼板焊接后沿母線方向?qū)a(chǎn)生焊接變形，為減少焊接變形，設(shè)計凸模時，沿母線方向的截面形狀設(shè)計為“ ”形，尺寸由工藝試驗定。因零件圖上的尺寸是標注在內(nèi)形上的，所以設(shè)計凸模時，凸模壓形面的尺寸應(yīng)按計算出來的修正值來設(shè)計，本凸模按修正值設(shè)計的彎曲半徑R＝120mm，截面“ ”形高度差為1.5mm，凸模簡圖如圖2所示。

3.2 凹模的設(shè)計

考慮到凹模的加工工藝性，設(shè)計凹模由三件鑲塊組合而成，即凹模左右塊和頂料塊，組合形狀側(cè)面為“ ”形，中間為頂料塊，三者由框形板固定，拼合圖如圖3所示。頂料塊在設(shè)計時既要保證在零件成形過程中與凸模一道將工件至始至終夾持住，防止壓形時工件跑料；又要考慮其與凹模的組合方式，達到成形后工件上不壓出接縫處的壓痕的效果。

圖2 凸模簡圖

4 模具結(jié)構(gòu)及工作過程

該模具的結(jié)構(gòu)如圖3所示。下模是由導柱2、定位板3、下模板5、定位銷6、固定板7、凹模頂料塊9、凹模左右塊10等組成；上模是由導套1、上模板4、凸模8等組成。

模具的工作過程：后制動蹄翼板在彎曲時將坯料放在定位塊與定位銷上定位，上模在下行時，在凸模的作用下，零件被彎成“ ”形，上模到達下死點，保壓一段時間后，上模開始回升，直到上死點。

圖3 模具結(jié)構(gòu)簡圖

5 使用效果

該模具在調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)成形后，還存在少量回彈現(xiàn)象，內(nèi)圓弧半徑R120尺寸偏小，經(jīng)過多次修模、試模、校形，并完善圖紙，最終解決這一彎曲回彈問題。試壓出的工件形狀、尺寸基本符合要求，加工出來的制件能滿足零件的設(shè)計要求，現(xiàn)已在企業(yè)加工出大批量合格零件。

6 結(jié)束語

由于回彈是影響彎曲工藝質(zhì)量最常見的因素之一，也是彎曲工藝中的技術(shù)難點問題。回彈問題的存在，除造成零件成形精度差之外，也還造成試模、修模工作量和成形后的校形工作量。所以如何使零件彎曲回彈現(xiàn)象得到有效控制，加工出合格制品，是我們研究者和設(shè)計者共同探討的問題。該彎曲模具的設(shè)計與使用，是我校推行的生產(chǎn)性實踐教學精細化管理模式中“校企合作”共同研發(fā)新產(chǎn)品、改進新工藝的一次成功嘗試，具有十分重要的教學與生產(chǎn)指導意義。

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