翻边反弧产生机理研究及控制方法

文/李傲宏·北京汽车股份有限公司

随着我国汽车模具制造业的发展，国内汽车模具的生产已逐渐从低端模具向中高端模具转移，所以模具制造企业对模具生产“由内而外”的精致化和高端化的要求也是越来越高。因而，在这个既要看脸又要讲求实力的时代，冲压设计工艺性是否合理对设计者和制造企业来说具有十分重要的意义。因此，冲压件作为汽车车身的主要零部件，是各模具制造厂家重点研究和开发的产品。本文主要对冲压翻边反弧产生机理和成形性以及翻边反弧控制方法作了详细阐述。

翻边反弧产生机理分析

翻边反弧概念

曲线翻边完成后，由于应力分布不均匀，内应力释放后使翻边面产生内凹或翘曲现象，属于翻边回弹的一种。

在曲线翻边成形过程中，板料主要分成三个区域:非变形区(压料区域)、圆角、主要变形区(翻边成形面)。图1 为直线翻边。图2 翻边成形时压料区域只是受到向下(冲压方向)的压力，因此材料不发生塑性变形；主要变形区在翻边镶块的作用下，材料内部会处于双向受拉或双向受压的应力状态。翻边成形时，变形区域CDAB 翻边后沿着AB 向下反转最终变成EFAB，变形区域外缘CD 变成弧线EF，图3 中DC会变长，反之会变短。

翻边应力分布状态

作用，材料周向产生压缩变形，导致材料厚度变厚，最大周向压应力发生在变形区内边缘，当外应力达到极限值时则发生起皱，导致零件报废。

图6 为伸长式翻边，从形状来看翻边轮廓是向外部凸的，凸缘变形区金属材料在变形时受拉应力作用，材料会产生伸长变形，厚度逐渐减薄，最大周向压应力发生在变形区外边缘上，当数值达到极限值时，凸缘变形区外边缘会产生开裂，导致零件报废。

翻边周向应力分布

对于压缩或拉伸翻边而言，金属材料在翻边时所受的边界部分的周向应力，最大应变值应发生在G点，两侧部分呈现递减趋势，最小应变值在A、B 两个端点上，其值为0。因此可将这种接近变形中线的材料应力最大、远离变形中线值逐渐递减的情况看作周向应力沿翻边外部边缘呈非线性分布，假设沿着翻边线周向应力呈余弦分布展开，当金属材料所受外力卸载后，板料受力不再保持平衡，内部内应力会以回弹的形式进行释放，所受应力越大，材料回弹值也就越大，导致G 点位置隆起上翘，材料回弹趋势会以G 点为中心向外呈余弦分布，在材料变形区域产生塑性变形或弹性变形，如图7 所示。

翻边反弧产生过程

翻边时，压料板压住不变形区域，翻边镶块R 角部位与制件主变形区产生接触，随着上模镶块向下移动，主变形区域开始弯曲变形。图8 中直线翻边由于翻边应力分布均匀，成形过程类似直边折弯成形。图9 中曲线翻边由于翻边应力分布不均匀，且翻边弧线逐渐变长或压缩，所以曲线翻边成形过程为弧线，翻边完成后由于无法消除内应力，产生翘曲现象，即翻边反弧。

翻边反弧控制方案

翻边反弧是冲压件比较常见的冲压件缺陷，也是比较难以解决的。目前，各模具厂都采用几种常见的控制方案，如翻边镶块减小，翻边强压，增加工艺缺口，采用压料翻边等。但是，就目前来看以上几种方法都不是很理想，问题不能彻底解决。除了常规的控制方法外，还可以采用靠翻方案进行解决，其缺点就是增加了翻边斜楔，开发成本有所增加。为了控制翻边反弧，采用翻边角度与产品方向不一致方式进行翻边，翻边到位时对翻边面进行强力拍压，达到控制反弧的目的。表1 的内容为各种反弧控制方案对比结果。

表1 各种反弧控制方案对比结果

结束语

板料翻边成形是板料冲压成形中一种常见的成形方法，深入研究外缘曲线翻边过程中变形区金属流动和应力应变分布，将有助于对翻边反弧的控制提供有效的解决思路。本文通过对外缘曲线翻边的应力应变状态的分析，可以了解翻边时板材内部的受力状态及应力分布情况，变形区内的周向应力应变值的大小在变形区的两端接近为零。通过对外缘曲线翻边的周向应力分析，建立数学模型，为各模具制造厂家控制反弧提供理论依据，对实际的控制方案实施提供帮助。