超薄鋼板材料對(duì)沖壓零件的扭曲淺析

對(duì)沖壓超薄零件精度影響較大的重要因素之一是沖壓時(shí)材料性能的波動(dòng)，尤其是扭曲波動(dòng)和成形性能穩(wěn)定不足而導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷。筆者主要以材料性能的波動(dòng)對(duì)沖壓成形零件扭曲變形分析為重點(diǎn)，結(jié)合科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法識(shí)別重點(diǎn)影響因素，得出超薄鋼板材料性能參變量影響板料扭曲變形的部分規(guī)律，為減少扭曲波動(dòng)和對(duì)沖壓質(zhì)量和精度的影響，提出材料參變量?jī)?yōu)先選用原則。超薄鋼板；沖壓零件；扭曲變形；質(zhì)量缺陷

超薄鋼板沖壓件典型工藝：落料→拉延→修邊→檢驗(yàn)，傳統(tǒng)方法難以估計(jì)和控制扭曲變形的程度，變形同時(shí)受模具參變量、材料參變量、工藝參變量等眾多因素的影響。筆者著重描寫影響扭曲性能的材料性能參變量，通過(guò)對(duì)薄壁鋼板沖壓零件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和復(fù)雜的計(jì)算分析，提出合理材料選擇。

超薄鋼板材料性能參數(shù)簡(jiǎn)述

超薄材料沖壓要考慮材料的屈服、流動(dòng)和硬化三準(zhǔn)則，使用剛體材料模型和彈塑性材料模型。屈服準(zhǔn)則從能量的角度，解釋了板料開始在外力作用下，材料能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性時(shí)的應(yīng)力，經(jīng)歷了連續(xù)三個(gè)階段：彈性變形、彈塑性變形和斷裂。對(duì)于超薄壁材料，通常使用具有0.2%永久變形時(shí)候的作用力當(dāng)作屈服強(qiáng)度δs。然后按流動(dòng)準(zhǔn)則確定塑性變形的方向和大小。n作為應(yīng)變硬化指數(shù)是判斷成形性好壞與否的指標(biāo)，用來(lái)描述塑性變形的后繼屈服面的變化規(guī)則[1]，應(yīng)變硬化指數(shù)比較低的超薄鋼材料，應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)應(yīng)力快速消失，這就使應(yīng)變進(jìn)一步被分散、讓零部件變形恢復(fù)而產(chǎn)生扭曲[2]。超薄鋼板沖壓件的尺寸形狀精度會(huì)由于扭曲產(chǎn)生一定的誤差，板材越薄、強(qiáng)度越低，其扭曲偏差越大。

材料性能參數(shù)對(duì)沖壓后扭曲量的影響分析

實(shí)驗(yàn)分析

超薄鋼沖壓件沿不同的軋制方向材料性能是有差異的，方向不同成型后殘余應(yīng)力也不同，扭曲變形不同。對(duì)超薄零件沖壓仿真即復(fù)雜亦非線性過(guò)程，而且受到外部強(qiáng)弱不同的干擾因素，所以對(duì)零部件的扭曲進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是一個(gè)非常困難的過(guò)程[3]。根據(jù)材料性能影響因素、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果顯著性分析，通過(guò)對(duì)扭曲波動(dòng)進(jìn)行顯著性的分析，屈服強(qiáng)度δs和厚度的P值在小于0.05，而摩擦和應(yīng)變硬化指數(shù)厚度的影響比較小，最為顯著的是屈服強(qiáng)度影響；通過(guò)對(duì)扭曲回彈值H的顯著性分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)各因素對(duì)扭曲回彈值的影響不大。為了降低扭曲變形的波動(dòng)，從板材厚度和屈服強(qiáng)度兩個(gè)方面進(jìn)行控制效果明顯。

減小扭曲變形影響的材料選取原則

假設(shè)材料性能服從正態(tài)分布，超薄板料的質(zhì)量過(guò)程穩(wěn)定，為降低扭曲波動(dòng)的角度出發(fā)，選擇材料在時(shí)要考慮如下：

一是零部件設(shè)計(jì)階段考慮材料屈服極限δs對(duì)薄壁鋼板扭曲的影響，屈服極限越小，變形抗力越小。δs越小的材料的貼模性能和形狀凍結(jié)性能就越有利于提高超薄鋼沖壓件的形狀精度，對(duì)于小淺拉深薄壁件來(lái)說(shuō)塑性變形也會(huì)增大，一般在100Mpa 和125Mpa之間。

二是從材料性能的角度進(jìn)行考慮，對(duì)薄鋼板沖壓件扭曲波動(dòng)的影響程度由高到低依次為屈服強(qiáng)度大于厚度大于板面摩擦性能大于應(yīng)變硬化指數(shù)，在薄鋼板沖壓件的扭曲量波動(dòng)時(shí)按此順序控制材料。

三是在設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先考慮較厚的鋼板以降低扭曲變形，采用高應(yīng)變硬化指數(shù)和高摩擦的材料也可減小扭曲的趨勢(shì)。

四是考慮非材料性能因素的控制，如落料凸模和壓料板間隙控制、增大模具壓料腳、凹模去反錐、沖壓前矯平原材以及均勻涂油等。

結(jié)束語(yǔ)

薄壁鋼板沖壓件是目前汽車行業(yè)輕量化的一個(gè)趨勢(shì)，筆者針對(duì)其在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中常見的沖壓后扭曲變形問題，由于材料性能的不同導(dǎo)致成型工藝參數(shù)的變化進(jìn)行了小結(jié)，系統(tǒng)地研究了材料屈服強(qiáng)度、厚度、應(yīng)變硬化指數(shù)和摩擦對(duì)扭曲波動(dòng)的影響規(guī)律，從降低扭曲波動(dòng)變形和波動(dòng)的角度考慮，提出了科學(xué)合理的材料選擇要求。