厚板U形梁冲压回弹分析及控制

2022-08-24史康云

模具工业 2022年8期

0 引言

重型卡车一般使用510L、600L等高强度板作为大梁承重部件，抗拉强度510 MP 以上，厚度达5～10 mm。高强厚板在成形过程中的回弹问题一直是质量控制的关键，而成形稳定性更是难以保证，通过对成形质量问题进行分析，发现高强厚板在成形过程中的回弹与模具结构及使用寿命有关。分析类似冲压件，总结经验，现U 形梁成形主要需解决2 个问题：①制件回弹问题；②模具使用寿命问题。其中回弹问题包含U 形开口尺寸、底面平面度的分析及控制；模具使用寿命问题包含模具零件结构强度优化、镶件磨损、成形制件划伤及成形稳定性等。

基于以上考虑，利用Autoform 对U 形梁成形过程中制件和模具的受力分析进行判断，通过合理控制模具零件间隙、回弹补偿、成形圆角处理、托料块补偿、模具零件结构强度优化、翻边镶件高度及材料流动圆角模拟试验等方法，保证成形制件底面平面度公差为±0.5 mm 及模具零件磨损减轻，延长模具使用寿命。

1 制件分析

1.1 制件特征及质量要求

制件材料为510L，料厚为6 mm，如图1 所示。两件对拼底面间隙偏差为±0.5 mm，模具使用寿命≥25万次，成形的制件要求无裂痕、无划痕。

在翻耕时每亩一次性深施45%复合肥30公斤作基肥；秧苗4叶期时结合除草每亩追施尿素6～8公斤；晒田复水后群体叶色由深绿转淡黄，幼穗分化时每亩施10公斤复合肥和10公斤氯化钾作穗肥。

1.2 同类制件分析

通过对多款同类U 形梁成形及质量进行分析，总结以下2个问题。

（1）制件回弹问题。翻边两侧壁装配孔较多，制件开口尺寸影响纵梁的装配，开口尺寸公差为±0.5 mm；制件底面平面度公差为±0.5 mm，U 形梁实际装配存在底面对拼状态，公差依然为±0.5 mm，质量要求高。

时间是棉条染色的必要条件，染色是一个复杂的过程[5]。染色顾名思义就是将棉条放入染液中，染料舍染液而转移到棉条，最终染上颜色。永光活性湖兰G上染需要一定的时间来完成上染过程。本实验通过改变染色时间，分别为 30 min， 45 min， 60 min， 75 min， 90 min，研究染色时间对棉条染色深度的影响。染色工艺见表9、实验结果见表10。

（2）模具使用寿命问题。模具使用寿命影响成形制件质量的稳定性，且厚板成形要求模具有足够的强度，故成形过程中应尽量减少模具零件变形量。

2 问题分析及改进

2.1 U形梁成形回弹问题

利用Autoform 对U 形梁进行简单的成形模拟，发现翻边回弹量达到12 mm 左右，如图2 所示。研究表明，材料性能、相对弯曲半径（R/t）、弯曲角度、制件形状、模具零件间隙、弯曲方式、成形压力等都对回弹有影响。以下针对U 形梁制件，重点对模具零件间隙、凸圆角、回弹避空以及托料块回弹补偿等影响因素进行分析。

（2）该类U 形件成形过程中，翻边镶件行程大，表现为翻边镶件高出成形件，制件翻边高度为200 mm，设计翻边镶件高度为225 mm。若翻边深度过浅，会导致翻边不直或回弹角度大；若翻边深度过深，会加剧制件的划伤，也浪费材料。

（2）根据参考文献[1]：弯曲件的圆角半径过大，受回弹影响也大，尺寸精度较难保证；过小的弯曲圆角，容易产生裂纹，同时相对弯曲半径（R/t）越小，塑性变形越大，越容易产生加工硬化。考虑制件成形过程中圆角部位的充分变形，凸模圆角按照R8 mm设计。

优化处理：利用凸模回弹避空，成形凸模保留10 mm 直边，其余镶件部分进行1.5°负角处理，同时设置该段直边翻边间隙为-0.05 mm，翻边成形镶件采用镀铬工艺处理，镀层厚度为0.01～0.02 mm。考虑该U 形梁拱形翻边一侧存在聚料现象，将翻边造型变化段间隙增加0.1 mm，降低成形制件此处的划伤风险，这样设置可在圆角加工硬化后，保持翻边面的应力状态，达到控制回弹的效果，如图3所示。

（3）托料块不作回弹补偿，成形后最大回弹量为12 mm。现将托料块底面进行2 mm 拱起处理反回弹，如图4 所示，确保补偿为弹性变形，预存内应力。当制件成形后压力释放，受圆角加工硬化影响，料厚处外侧应力会导致缩口。分析结果如图5所示，托料块补偿后发生回弹变形，参考变形前的托料块，可见整体变形量与补偿值吻合，得到理论支撑。

第1次实物冲压验证结果显示整体托料底面状态良好，仅两侧角部发生回弹，回弹量2.5 mm，该问题发生原因为两侧翻边不对称，经反向补偿托料块及凸模型面得到修正。

2.2 模具使用寿命问题

（1）模具结构强度优化。根据图4 所示托料块设计2 mm 反回弹拱起，托料块需要墩死成形，原模具结构为托料块与下模座墩死，考虑校正力，墩死成形力达到4 000 kN，大批量冲压时下模座出现疲劳断裂。

外籍员工对于企业的最大的优势是其“国际化”属性，包括“国际视野提高企业创造力”，“提升企业对国际市场环境的灵活应变能力”，“熟悉外国市场”，以及“母语容易沟通”。

根据参考文献[2]若凸圆角为r=14 mm，料流圆角为R=25 mm，料厚t 为6 mm，弯曲件边长为200 mm，查表得翻边镶件直线段高度为65 mm，即翻边镶件高为H=65+R+r=104 mm。根据参考文献[1]：当90°弯曲时，为保证制件的弯曲质量，弯曲的直边高度h＞2t。

根据成形模拟，翻边进行到镶件直线段接触31 mm 时，翻边达到竖直状态，如图8 所示。通过比较直线段接触31 mm与140 mm的成形回弹状态，如图9 所示，发现两者回弹量相差不大，甚至31 mm 直线段接触时回弹更小。

（1）模具零件间隙增大，可降低材料对模具零件的粘连程度，减小弯曲件的径向约束，方便材料流动，因此传统成形模中凸、凹模拔模侧壁间隙一般为（1～1.1）t（t为料厚），但针对U形件成形，增大翻边间隙的同时制件的自由回弹也会随之增大，虽然减小间隙可以控制回弹，但是对成形制件和模具也会产生划伤风险。

优化处理：将下模座墩死部位拆分成垫块，将墩死力转移到垫块上，与此同时为保证机床受力安全，垫块的面积也需要适当加大，如图6所示。

以多重耐药菌感染为应变量，将单因素分析有统计学差异因素为自变量赋值后带入Logistic回归模型进行多因素Logistic回归模型分析，调整其他因素后，显示联合使用抗菌药物(≥3种)、出现急性感染期频次(≥3次/年)、反复上呼吸道感染(>3次/年)、吸烟史、变态反应性鼻炎、引流不畅、抗菌药物使用频次(≥3次/年)等仍是慢性鼻窦炎患者多重耐药菌感染的危险因素。

考虑厚板料成形过程中翻边镶件受到较大的Y向成形力，利用杠杆百分表测量50 mm厚的挡墙，存在0.5 mm 左右的膨胀变形量，因此在结构设计中需额外加强成形镶件挡墙靠背，如图7所示，针对厚板成形，翻边镶件承受侧向力＞1 000 kN，按照设计标准，镶件背后铸造挡墙厚度为50 mm，该厚度在承受较大侧向力时会发生变形，影响成形制件尺寸。

若料流圆角为R20 mm，通过成形分析，翻边进行到镶件直线段接触34 mm时，翻边达到竖直状态，通过比较直线段接触34 mm 与140 mm 的成形回弹状态，两者回弹量相差不大，甚至直线段较短时回弹更小，2 种料流圆角得到的规律方向一致，即U 形梁翻边镶件直边高度理论可降低至34 mm 左右，较参考文献[2]中65 mm可节省镶件成本。

（3）厚板料成形过程中会出现成形制件划伤及翻边镶件拉伤的问题，根据模拟分析，翻边镶件的成形圆角为R 形圆角时，从开始触料到翻边达到竖直状态前32 mm 时，翻边镶件受到1 000 kN 的最大瞬时侧向力（见图10）。若将成形圆角改为一条特殊的曲线（见图11），则从开始触料到翻边达到竖直状态前15 mm 时，翻边镶件受到660 kN 的最大侧向力，且侧向力表现较R形圆角要稳定。由此得出，改变翻边镶件料流圆角，可以减缓成形制件划伤、减轻镶件磨损，同时稳定成形制件质量状态。

(4)蹬地与上体动作脱节。纠正方法：典型的腰腹背肌力量不足所致，加强腰腹背肌力量练习，如：仰卧起坐，俯卧挺身。

格力电器董事长兼总裁董明珠在“格力明珠产业学院”成立仪式上表示，“按照部署，格力电器到2023年营业收入要达到6000亿元。这需要大量的管理人才、技术人才和创新性人才。”