趙陽，伍玉琴，劉斌，段磊

(重慶理工大學(xué)重慶市模具工程技術(shù)研究中心，重慶 400054)

回彈是板料在沖壓成形后，成形件從模具中取出后產(chǎn)生與加載方向相反的回復(fù)現(xiàn)象。當(dāng)零件的回彈量超過產(chǎn)品的允許誤差時，就成為缺陷，以至影響產(chǎn)品的幾何精度[1]。由此可見，研究超高強(qiáng)度鋼板成形時的回彈對超高強(qiáng)鋼板的成形性研究有重要意義。

1 溫彎曲成形實(shí)驗

1.1 實(shí)驗設(shè)備及模具

實(shí)驗時，主要利用400 kN的曲柄壓力機(jī)提供壓力，通過行程控制實(shí)驗過程。加熱設(shè)備采用箱式加熱爐，利用溫控設(shè)備進(jìn)行溫度的控制與調(diào)節(jié)，板料加熱后直接移至模具彎曲，然后用萬能游標(biāo)角度尺對彎曲件進(jìn)行測量。

筆者參照國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計了實(shí)驗方案，并設(shè)計制造了模具[2]。V形彎曲采用的模具成形角度為90°，彎曲半徑為8 mm，U形彎曲模具凸模的彎曲半徑為8 mm，如圖1，2所示。

圖1 V形彎曲模具Fig.1 V bending mould

圖2 U形彎曲模具Fig.2 U bending mould

1.2 具體實(shí)驗過程

實(shí)驗時，首先將板料置于加熱爐內(nèi)加熱到設(shè)定溫度保溫15 min使其加熱均勻，然后移至模具上進(jìn)行實(shí)驗。板料在從加熱爐移至模具的過程中，與空氣會產(chǎn)生熱交換現(xiàn)象。由計算可知，板料由加熱爐移至模具需要2 s左右，在移動過程中，大約每秒換熱20℃，所以在加熱板料時對每個設(shè)定溫度多加40℃，以保證在彎曲時達(dá)到實(shí)驗所需的溫度[3]。

為了保證實(shí)驗的精確度，板料的制作需無毛刺，并且對每個設(shè)定的試驗點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗，通過求多個平均值確保實(shí)驗精度。在做成形極限實(shí)驗時，對材料進(jìn)行正反兩面實(shí)驗各2次(主要指合格試件)。在驗證回彈規(guī)律時，對每個實(shí)驗點(diǎn)做3個合格試件，然后取平均值。

對每個溫度各取3個以上板料彎曲件，以不出現(xiàn)起皺、破裂等缺陷為合格，然后對成形后的零件采用角度尺進(jìn)行測量，計算相應(yīng)的回彈角度[4]。

2 實(shí)驗結(jié)果及分析

2.1 V形彎曲時溫度對回彈角度的影響

實(shí)驗得到的零件如圖3所示，零件的排列從左至右分別是20℃(室溫)至500℃所對應(yīng)的零件，并將得到的回彈角度值與模擬值對比，見表1。

為了量化分析回彈現(xiàn)象，特引入回彈角度變化率 φ，其計算公式為[5]:

圖3 不同溫度下V形彎曲的試樣Fig.3 The samples of V bending in different temperatures

表1 各溫度下V形彎曲的回彈角度對比Table1 The comparison of V bending springback angles in different temperatures

從實(shí)驗結(jié)果得出以下結(jié)論。

1)物理實(shí)驗時，回彈角度由20℃(室溫)的15.7°降至了500 ℃的6.8°，回彈角度的變化率根據(jù)公式(1)計算得:

第1段20(室溫)～200℃:φ1= －2.34%。

第2段200～300 ℃:φ2=3.1%。

第3段300～500 ℃:φ3= －3.95%。

在整個溫度區(qū)間，回彈角度的平均變化率為－1.87%，即為在溫成形范圍內(nèi)，溫度對V形彎曲回彈角度的變化率為每增加100℃，回彈角度即會減小1.87°;在200 ～300 ℃區(qū)間，變化率為3.1%，溫度每增加100℃，零件的回彈角度反而增大了3.1°;在300～500℃區(qū)間，變化率為－3.95%，溫度每增加100℃，零件的回彈角度減小了3.95°，利于成形。

2)在物理實(shí)驗值中，材料的回彈角度都是隨著溫度的升高而減小。由于材料在300℃時發(fā)生藍(lán)脆現(xiàn)象，導(dǎo)致強(qiáng)度反而比前面的溫度要高，使回彈角度的減小不明顯，甚至有增加的現(xiàn)象。

3)在物理實(shí)驗中，超高強(qiáng)度鋼板溫彎曲時的回彈值都比較大，500℃時的回彈值為6.8°。雖然溫度對減小回彈有一定作用，但是在其它因素的綜合作用下，零件的綜合回彈角度還是比較大。這主要是由于材料具有超高強(qiáng)度，雖然溫度能在一定程度上減小材料的強(qiáng)度，但是降低后的強(qiáng)度相對于其它普通材料來說，仍然比較高，所以材料溫彎曲后的回彈角度還是比較大。

2.2 U形彎曲時溫度對回彈角度的影響

實(shí)驗得到的零件如圖4所示，從左至右分別是20℃(室溫)至500℃所得的零件，并且得到回彈結(jié)果見表2。

圖4 不同溫度下U形彎曲的試樣Fig.4 The samples of U bending in different temperatures

表2 各溫度下U形彎曲的回彈角度對比Table2 The comparison of U bending springback angles in different temperatures

在整個溫度區(qū)間，回彈角度的平均變化率為－2.32%，即在溫成形范圍內(nèi)，溫度對V形彎曲回彈角度的變化率為每增加100℃，回彈角度會減小2.32°。在 300 ～500 ℃ 區(qū)間，變化率最大，為－3.45%，溫度每增加100℃，零件的回彈角度減小3.45°;

2)U形溫彎曲的回彈角度比V形彎曲的要大很多，這是由于雖然U形彎曲主要是由2個V形彎曲疊加起來的，但并不是簡單的V形彎曲的回彈角度的疊加。

從實(shí)驗結(jié)果得出以下結(jié)論。

1)在彎曲半徑固定為R8時，溫度對U形溫彎曲回彈角度的影響規(guī)律與V形彎曲一致，U形溫彎曲的回彈角度都是隨著溫度的升高而減小，由20℃(室溫)的28.4°降至了 500 ℃的17.4°。

回彈角度的變化率根據(jù)公式(1)計算得:

第1段20℃(室溫)至200℃:φ1= －2.97%。

第2段200～300℃:φ2=1.1%。

第3段300～500℃:φ3= －3.45%。

3 結(jié)語

1)超高強(qiáng)度鋼板Docol1200M的V形溫彎曲件的回彈角度隨著溫度的升高而降低，藍(lán)脆區(qū)除外，固定模具后，回彈角度值由室溫的15.7°降至500℃的6.8°。整個溫度區(qū)間，回彈角度的平均變化率為－1.87%，即在溫成形范圍內(nèi)，溫度對V形彎曲回彈角度的變化率為每增加100℃，回彈角度會減小1.87°;在300 ～500 ℃區(qū)間，變化率為 －3.95%，回彈角度減小最明顯。

2)超高強(qiáng)度鋼板Docol1200M的有底托U形彎曲的回彈角度隨著溫度的升高逐漸減小，由室溫的28.4°降至 500 ℃的 17.4°，回彈角度的平均變化率為－2.32%，即每增加100℃，回彈角度會減小2.32°;在 300 ～500 ℃ 區(qū)間，變化率最大，為－3.45%。

3)超高強(qiáng)度鋼板Docol1200M的V形溫彎曲和U形彎曲的回彈角度隨溫度的變化趨勢是相同的，但U形溫彎曲的回彈角度比V形彎曲的要大很多。這是由于雖然U形彎曲主要是由兩個V形彎曲疊加起來的，但并不是簡單的V形彎曲回彈角度的疊加。

[1]GB/T15825.5—2008，金屬薄板成形性能與試驗方法:第5部分——彎曲試驗[S].

[2]曹克利.高強(qiáng)度鋼板沖壓件回彈研究[J].材料科學(xué)與工藝，2010(6):758－761.

[3]SHAPIRO A.Finite Element Modeling of Hot Stamping[J].Steel research international，2009(80):658.

[4]肖景容，姜奎華.沖壓工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994:6l－64.

[5]鄧明.沖壓工藝及模具設(shè)計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009:64.