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        卡車縱梁沖壓成形回彈控制

        2018-07-19 02:58:14張春雨
        關(guān)鍵詞:變形

        張春雨

        (一汽解放汽車有限公司技術(shù)發(fā)展部沖壓工藝室,吉林 長春 130062)

        引言

        縱梁是卡車的重要零件,其制造精度在整機(jī)性能中起到?jīng)Q定性的作用[1]。若模具結(jié)構(gòu)、沖壓工藝不合理會造成縱梁缺陷[2]??v梁成形屬于厚板沖壓技術(shù)領(lǐng)域,縱梁制件屬于U形件[3]?;貜検箍v梁的加工尺寸不滿足設(shè)計尺寸要求。因此通過控制回彈量保證縱梁的制造精度,進(jìn)而實現(xiàn)對卡車性能的提高至關(guān)重要[4]。

        1 沖壓成形件的回彈現(xiàn)象

        回彈,從本質(zhì)上來說是板料因受力而產(chǎn)生的彈性變形在除去外力之后恢復(fù)為自然狀態(tài)的現(xiàn)象。

        一方面,板料在沖壓成形后,塑性變形狀態(tài)只存在于內(nèi)外緣表層組織之中,而板料中心處的組織仍處于彈性變形狀態(tài),故當(dāng)外部壓力去除后,板料就會產(chǎn)生彈性回復(fù),這種現(xiàn)象稱為回彈[5]。另一方面,金屬板材沖壓成形時包含彈性和塑性變形,即使材料組織全部進(jìn)入塑性狀態(tài),也會存在彈性變形消失的現(xiàn)象,同樣會有回彈現(xiàn)象發(fā)生[5]。

        2 影響回彈的主要因素

        金屬材料彈性變形的相關(guān)因素有很多,因此在沖壓成形過程中影響回彈量的因素也很多,其主要因素為:

        1)材料的機(jī)械性能。材料的機(jī)械性能決定了工件的回彈性能,回彈量與屈服強(qiáng)度σ和彈性模量E分別成正比與反比關(guān)系,即σ/E越大回彈越大。

        2)相對彎曲半徑。在其他條件相同時,相對彎曲半徑大則回彈大。

        3)彎曲角。沖壓成形工件的相對彎曲半徑一定時,彎曲角越大則參加變形的區(qū)域越大,彈性變形的總量增多,回彈量變大。

        4)彎曲件的形狀。U形沖壓件的回彈量比V形沖壓件??;復(fù)雜的彎曲件,一次彎曲成形,不同彎角越多,彎曲方向差異越大,彼此之間的牽制力越大,回彈量也越小。

        5)模具間隙。在U形件沖壓成形時,凸模與凹模之間的間隙直接影響到回彈量的大小。間隙較小時回彈小,間隙越大則回彈越大。

        6)校正程度。在沖壓成形工藝結(jié)束時進(jìn)行校正,圓角處的塑性變形程度得到了加強(qiáng),從而回彈量減少。

        3 厚板沖壓成形特性分析

        卡車縱梁沖壓成形工藝屬于厚板沖壓成形技術(shù),相比于薄板,厚板沖壓成形有以下特點:

        1)材料力學(xué)性能差異。厚板具有屈服強(qiáng)度高、厚度一致性差、表面質(zhì)量差及伸長率低等特點。

        2)變形類型不同。厚板材料屈服強(qiáng)度高、伸長率低使其無法成形復(fù)雜的零件,成形方式主要以彎曲為主,工藝相對簡單。

        3)尺寸公差大。厚板的產(chǎn)品沖壓成形時尺寸公差較大[6]。

        4)模具間隙差異。厚板沖壓成形時模具的凸模與凹模之間的間隙應(yīng)適當(dāng)放大。

        4 卡車縱梁沖壓成形時回彈量控制的具體方法

        4.1 成形材料的選擇

        材料的屈服強(qiáng)度和伸長率是影響回彈量的本質(zhì)因素,因此在選擇縱梁沖壓件的材料時,需要選擇力學(xué)特性符合縱梁要求,且屈服強(qiáng)度小、彈性模量大的材料。

        4.2 加工工藝的改進(jìn)

        卡車縱梁的材料一般為低碳合金結(jié)構(gòu)鋼,可以通過熱處理來改變鋼的力學(xué)性能。基于此特點可以在沖壓成形工藝前先將工件進(jìn)行退火處理,進(jìn)行沖壓成形后進(jìn)行相應(yīng)的熱處理以恢復(fù)材料的力學(xué)性能。

        工藝改進(jìn)的另一種方法是校正工藝。在工件與模具貼合之后添加外部壓力進(jìn)行變形區(qū)的校正,使得卸載后拉力和壓力的回彈趨勢可以相互抵消一部分,進(jìn)而減小回彈量。

        4.3 沖壓模具的改進(jìn)

        4.3.1 回彈補(bǔ)償

        卡車縱梁屬于U形工件,U形工件彎曲時,可根據(jù)工件的回彈量大小,在凸模兩側(cè)做出回彈角(圖1)或?qū)寄5撞孔龀苫∶?,使工件在沖壓時產(chǎn)生局部彎曲,卸除外力之后,局部彎曲弧面會產(chǎn)生負(fù)回彈,從而補(bǔ)償了圓角部位產(chǎn)生的正回彈,起到抑制回彈的作用。t為板材厚度。

        圖1 凸?;貜椊?/p>

        4.3.2 壓力集中

        卡車縱梁的材料厚度一般在4~10 mm,運(yùn)用的是厚板沖壓成形技術(shù)。故可將凸模作成如圖2所示的形狀,使沖壓時的壓力集中于角部,加大角部彎曲變形程度,工件塑性變形量增多,回彈減小。

        4.3.3 凸凹模間隙

        根據(jù)彎曲回彈的影響因素,知凸凹模之間的間隙可影響回彈量。凸凹模之間的間隙越小,沖壓工件的回彈量也越小,因此應(yīng)減小凹凸模之間的間隙,與此同時需通過提高模具的表面粗糙度和硬度來進(jìn)行補(bǔ)償。

        圖2 凸模改進(jìn)

        5 結(jié)語

        本文簡要介紹了卡車縱梁沖壓成形的回彈現(xiàn)象,通過分析回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生因素和厚板沖壓成形的特點,提出減少工程應(yīng)用時的回彈量的具體適用方法,從而提高卡車的承載力。

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