超高强度钢板Docol1200M温弯曲回弹研究

赵阳，伍玉琴，刘斌，段磊

(重庆理工大学重庆市模具工程技术研究中心，重庆 400054)

回弹是板料在冲压成形后，成形件从模具中取出后产生与加载方向相反的回复现象。当零件的回弹量超过产品的允许误差时，就成为缺陷，以至影响产品的几何精度[1]。由此可见，研究超高强度钢板成形时的回弹对超高强钢板的成形性研究有重要意义。

1 温弯曲成形实验

1.1 实验设备及模具

实验时，主要利用400 kN的曲柄压力机提供压力，通过行程控制实验过程。加热设备采用箱式加热炉，利用温控设备进行温度的控制与调节，板料加热后直接移至模具弯曲，然后用万能游标角度尺对弯曲件进行测量。

笔者参照国家标准设计了实验方案，并设计制造了模具[2]。V形弯曲采用的模具成形角度为90°，弯曲半径为8 mm，U形弯曲模具凸模的弯曲半径为8 mm，如图1，2所示。

图1 V形弯曲模具Fig.1 V bending mould

图2 U形弯曲模具Fig.2 U bending mould

1.2 具体实验过程

实验时，首先将板料置于加热炉内加热到设定温度保温15 min使其加热均匀，然后移至模具上进行实验。板料在从加热炉移至模具的过程中，与空气会产生热交换现象。由计算可知，板料由加热炉移至模具需要2 s左右，在移动过程中，大约每秒换热20℃，所以在加热板料时对每个设定温度多加40℃，以保证在弯曲时达到实验所需的温度[3]。

为了保证实验的精确度，板料的制作需无毛刺，并且对每个设定的试验点进行多次重复实验，通过求多个平均值确保实验精度。在做成形极限实验时，对材料进行正反两面实验各2次(主要指合格试件)。在验证回弹规律时，对每个实验点做3个合格试件，然后取平均值。

对每个温度各取3个以上板料弯曲件，以不出现起皱、破裂等缺陷为合格，然后对成形后的零件采用角度尺进行测量，计算相应的回弹角度[4]。

2 实验结果及分析

2.1 V形弯曲时温度对回弹角度的影响

实验得到的零件如图3所示，零件的排列从左至右分别是20℃(室温)至500℃所对应的零件，并将得到的回弹角度值与模拟值对比，见表1。

为了量化分析回弹现象，特引入回弹角度变化率 φ，其计算公式为[5]:

图3 不同温度下V形弯曲的试样Fig.3 The samples of V bending in different temperatures

表1 各温度下V形弯曲的回弹角度对比Table1 The comparison of V bending springback angles in different temperatures

从实验结果得出以下结论。

1)物理实验时，回弹角度由20℃(室温)的15.7°降至了500 ℃的6.8°，回弹角度的变化率根据公式(1)计算得:

第1段20(室温)～200℃:φ1= －2.34%。

第2段200～300 ℃:φ2=3.1%。

第3段300～500 ℃:φ3= －3.95%。

在整个温度区间，回弹角度的平均变化率为－1.87%，即为在温成形范围内，温度对V形弯曲回弹角度的变化率为每增加100℃，回弹角度即会减小1.87°;在200 ～300 ℃区间，变化率为3.1%，温度每增加100℃，零件的回弹角度反而增大了3.1°;在300～500℃区间，变化率为－3.95%，温度每增加100℃，零件的回弹角度减小了3.95°，利于成形。

2)在物理实验值中，材料的回弹角度都是随着温度的升高而减小。由于材料在300℃时发生蓝脆现象，导致强度反而比前面的温度要高，使回弹角度的减小不明显，甚至有增加的现象。

3)在物理实验中，超高强度钢板温弯曲时的回弹值都比较大，500℃时的回弹值为6.8°。虽然温度对减小回弹有一定作用，但是在其它因素的综合作用下，零件的综合回弹角度还是比较大。这主要是由于材料具有超高强度，虽然温度能在一定程度上减小材料的强度，但是降低后的强度相对于其它普通材料来说，仍然比较高，所以材料温弯曲后的回弹角度还是比较大。

2.2 U形弯曲时温度对回弹角度的影响

实验得到的零件如图4所示，从左至右分别是20℃(室温)至500℃所得的零件，并且得到回弹结果见表2。

图4 不同温度下U形弯曲的试样Fig.4 The samples of U bending in different temperatures

表2 各温度下U形弯曲的回弹角度对比Table2 The comparison of U bending springback angles in different temperatures

在整个温度区间，回弹角度的平均变化率为－2.32%，即在温成形范围内，温度对V形弯曲回弹角度的变化率为每增加100℃，回弹角度会减小2.32°。在 300 ～500 ℃ 区间，变化率最大，为－3.45%，温度每增加100℃，零件的回弹角度减小3.45°;

2)U形温弯曲的回弹角度比V形弯曲的要大很多，这是由于虽然U形弯曲主要是由2个V形弯曲叠加起来的，但并不是简单的V形弯曲的回弹角度的叠加。

从实验结果得出以下结论。

1)在弯曲半径固定为R8时，温度对U形温弯曲回弹角度的影响规律与V形弯曲一致，U形温弯曲的回弹角度都是随着温度的升高而减小，由20℃(室温)的28.4°降至了 500 ℃的17.4°。

回弹角度的变化率根据公式(1)计算得:

第1段20℃(室温)至200℃:φ1= －2.97%。

第2段200～300℃:φ2=1.1%。

第3段300～500℃:φ3= －3.45%。

3 结语

1)超高强度钢板Docol1200M的V形温弯曲件的回弹角度随着温度的升高而降低，蓝脆区除外，固定模具后，回弹角度值由室温的15.7°降至500℃的6.8°。整个温度区间，回弹角度的平均变化率为－1.87%，即在温成形范围内，温度对V形弯曲回弹角度的变化率为每增加100℃，回弹角度会减小1.87°;在300 ～500 ℃区间，变化率为 －3.95%，回弹角度减小最明显。

2)超高强度钢板Docol1200M的有底托U形弯曲的回弹角度随着温度的升高逐渐减小，由室温的28.4°降至 500 ℃的 17.4°，回弹角度的平均变化率为－2.32%，即每增加100℃，回弹角度会减小2.32°;在 300 ～500 ℃ 区间，变化率最大，为－3.45%。

3)超高强度钢板Docol1200M的V形温弯曲和U形弯曲的回弹角度随温度的变化趋势是相同的，但U形温弯曲的回弹角度比V形弯曲的要大很多。这是由于虽然U形弯曲主要是由两个V形弯曲叠加起来的，但并不是简单的V形弯曲回弹角度的叠加。

[1]GB/T15825.5—2008，金属薄板成形性能与试验方法:第5部分——弯曲试验[S].

[2]曹克利.高强度钢板冲压件回弹研究[J].材料科学与工艺，2010(6):758－761.

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

[4]肖景容，姜奎华.冲压工艺学[M].北京:机械工业出版社，1994:6l－64.

[5]邓明.冲压工艺及模具设计[M].北京:化学工业出版社，2009:64.