超薄钢板材料对冲压零件的扭曲浅析

超薄钢板材料对冲压零件的扭曲浅析

对冲压超薄零件精度影响较大的重要因素之一是冲压时材料性能的波动，尤其是扭曲波动和成形性能稳定不足而导致产品的质量缺陷。笔者主要以材料性能的波动对冲压成形零件扭曲变形分析为重点，结合科学实验方法识别重点影响因素，得出超薄钢板材料性能参变量影响板料扭曲变形的部分规律，为减少扭曲波动和对冲压质量和精度的影响，提出材料参变量优先选用原则。超薄钢板；冲压零件；扭曲变形；质量缺陷

超薄钢板冲压件典型工艺：落料→拉延→修边→检验，传统方法难以估计和控制扭曲变形的程度，变形同时受模具参变量、材料参变量、工艺参变量等众多因素的影响。笔者着重描写影响扭曲性能的材料性能参变量，通过对薄壁钢板冲压零件进行实验和复杂的计算分析，提出合理材料选择。

超薄钢板材料性能参数简述

超薄材料冲压要考虑材料的屈服、流动和硬化三准则，使用刚体材料模型和弹塑性材料模型。屈服准则从能量的角度，解释了板料开始在外力作用下，材料能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性时的应力，经历了连续三个阶段：弹性变形、弹塑性变形和断裂。对于超薄壁材料，通常使用具有0.2%永久变形时候的作用力当作屈服强度δs。然后按流动准则确定塑性变形的方向和大小。n作为应变硬化指数是判断成形性好坏与否的指标，用来描述塑性变形的后继屈服面的变化规则[1]，应变硬化指数比较低的超薄钢材料，应变会导致流动应力快速消失，这就使应变进一步被分散、让零部件变形恢复而产生扭曲[2]。超薄钢板冲压件的尺寸形状精度会由于扭曲产生一定的误差，板材越薄、强度越低，其扭曲偏差越大。

材料性能参数对冲压后扭曲量的影响分析

实验分析

超薄钢冲压件沿不同的轧制方向材料性能是有差异的，方向不同成型后残余应力也不同，扭曲变形不同。对超薄零件冲压仿真即复杂亦非线性过程，而且受到外部强弱不同的干扰因素，所以对零部件的扭曲进行准确预测是一个非常困难的过程[3]。根据材料性能影响因素、实验设计结果显著性分析，通过对扭曲波动进行显著性的分析，屈服强度δs和厚度的P值在小于0.05，而摩擦和应变硬化指数厚度的影响比较小，最为显著的是屈服强度影响；通过对扭曲回弹值H的显著性分析，发现实验各因素对扭曲回弹值的影响不大。为了降低扭曲变形的波动，从板材厚度和屈服强度两个方面进行控制效果明显。

减小扭曲变形影响的材料选取原则

假设材料性能服从正态分布，超薄板料的质量过程稳定，为降低扭曲波动的角度出发，选择材料在时要考虑如下：

一是零部件设计阶段考虑材料屈服极限δs对薄壁钢板扭曲的影响，屈服极限越小，变形抗力越小。δs越小的材料的贴模性能和形状冻结性能就越有利于提高超薄钢冲压件的形状精度，对于小浅拉深薄壁件来说塑性变形也会增大，一般在100Mpa 和125Mpa之间。

二是从材料性能的角度进行考虑，对薄钢板冲压件扭曲波动的影响程度由高到低依次为屈服强度大于厚度大于板面摩擦性能大于应变硬化指数，在薄钢板冲压件的扭曲量波动时按此顺序控制材料。

三是在设计时优先考虑较厚的钢板以降低扭曲变形，采用高应变硬化指数和高摩擦的材料也可减小扭曲的趋势。

四是考虑非材料性能因素的控制，如落料凸模和压料板间隙控制、增大模具压料脚、凹模去反锥、冲压前矫平原材以及均匀涂油等。

结束语

薄壁钢板冲压件是目前汽车行业轻量化的一个趋势，笔者针对其在实际生产过程中常见的冲压后扭曲变形问题，由于材料性能的不同导致成型工艺参数的变化进行了小结，系统地研究了材料屈服强度、厚度、应变硬化指数和摩擦对扭曲波动的影响规律，从降低扭曲波动变形和波动的角度考虑，提出了科学合理的材料选择要求。