影響卡車縱梁制造精度的主要原因是沖壓成形的回彈問(wèn)題。本文論述了蛇形變截面縱梁在調(diào)試過(guò)程中所展現(xiàn)回彈趨勢(shì)及相應(yīng)回彈控制措施。
蛇形縱梁屬于U形件且沿縱梁翼面有劇烈落差變化，是我公司中型客車及卡車的重要零件，一般長(zhǎng)度在8m～12m之間。本文中縱梁采用SAPH440板料，厚度4.5mm,應(yīng)用于邊梁式車架總成，有利于汽車底盤降低重心，其制造精度在整車性能中起到?jīng)Q定性的作用。受制于縱梁整體成形結(jié)構(gòu)要求，若模具結(jié)構(gòu)、沖壓工藝不合理會(huì)造成縱梁缺陷。因局部變形位置需要和內(nèi)側(cè)加強(qiáng)板壓合，保證下序焊接質(zhì)量要求，因此對(duì)縱梁成形質(zhì)量要求極高。蛇形縱梁成形屬于厚板沖壓技術(shù)領(lǐng)域，回彈使縱梁的加工尺寸不滿足設(shè)計(jì)尺寸要求。因此通過(guò)控制回彈量保證縱梁的制造精度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整車性能的提高至關(guān)重要。
蛇形縱梁CAE分析及回彈
通過(guò)成形分析可以看出制件成形過(guò)程中有輕微的變薄和增厚部位。通過(guò)回彈分析，制件存在回彈和扭曲，CAE分析最大回彈量2mm。這與我們?cè)谝酝{(diào)試縱梁時(shí)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)(5～6mm)有一定差距。原因是多方面的，理論與實(shí)際有差別，主要原因是目前國(guó)內(nèi)厚料分析材質(zhì)庫(kù)不完善，分析時(shí)往往是用替代板料的參數(shù)來(lái)完成。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，我們將根據(jù)參考CAE分析的結(jié)果，結(jié)合我們經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)在后期調(diào)試中進(jìn)行補(bǔ)償，消除底面回彈；做不等間隙加工，消除翼面回彈。出件后在檢具上做快速檢測(cè)，做后期補(bǔ)償調(diào)試，最終達(dá)到理想狀態(tài)。蛇形縱梁在沖壓成形方面主要存在腹面扭曲、翼面回彈等因素所導(dǎo)致的加工尺寸超差、拐點(diǎn)位置波浪彎等不良問(wèn)題。
蛇形縱梁沖壓成形特性分析及影響回彈因素
蛇形縱梁沖壓成形工藝屬于厚板沖壓成形技術(shù)(圖2)，相比于薄板，厚板沖壓成形有以下特點(diǎn)：
⑴在彎曲過(guò)程中，以應(yīng)變中性層為界，內(nèi)側(cè)切向受壓而變厚，外側(cè)切向受拉而變薄。由于內(nèi)側(cè)金屬的增厚受到凸模的限制，因此內(nèi)側(cè)板厚度增厚量小于外側(cè)板厚度的減薄量，總體表現(xiàn)出減薄的特點(diǎn)。與所有的塑性變形一樣，塑性彎曲時(shí)伴隨著彈性變形，當(dāng)外載荷去除后，塑性變形保留下來(lái)，而彈性變形完全消失。由于彎曲時(shí)內(nèi)、外區(qū)切向應(yīng)力方向相反，因而彈性恢復(fù)方向也相反，即外區(qū)彈性縮短而內(nèi)區(qū)彈性伸長(zhǎng)，這種方向的彈性恢復(fù)加劇了工件形狀和尺寸的改變，使彎曲件的形狀和尺寸和模具的尺寸不一致，這種現(xiàn)象叫做彎曲回彈（簡(jiǎn)稱回彈）。
⑵變形類型不同。厚板材料屈服強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率低使其無(wú)法成形復(fù)雜的零件，成形方式主要以彎曲為主，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。在滿足要求的前提下應(yīng)盡可能的選用屈服極限小、彈性模量E大，減小回彈從而獲得較高的彎曲質(zhì)量。
⑶模具間隙差異。U形彎曲時(shí)，模具間隙越小，摩擦越大，模具對(duì)板料的擠壓作用越明顯，可有效抑制回彈；相反，間隙越大，回彈越大。
蛇形縱梁沖壓成形的工藝方案及回彈量控制的具體方法
工藝方案
⑴成本考慮。
經(jīng)過(guò)前期工藝策劃，綜合考慮產(chǎn)量與成本，我們并未采用落料模具，節(jié)約包括加強(qiáng)板在內(nèi)的六套落料模具費(fèi)用約二百萬(wàn)元，將工藝方案定為：激光切割—壓彎成形，主要有以下優(yōu)點(diǎn)。
激光切割料片屬于柔性化生產(chǎn)，有助于隨時(shí)調(diào)整料片外形及孔位尺寸，有助于提高成形精度。在壓彎成形模具的應(yīng)用上，為節(jié)省成本，我們采用共用模座及直線段鑲塊，左右件對(duì)稱只更換變形區(qū)域鑲塊，這可以節(jié)約成本一百萬(wàn)元左右, 同時(shí)成形鑲塊采用分段式結(jié)構(gòu)，節(jié)約維修成本。成形邊定位為初定位，導(dǎo)正銷為精定位，中間采用長(zhǎng)圓導(dǎo)正銷孔，以利于縱梁成形時(shí)候的縱向移動(dòng)，且調(diào)試初期凸凹模并不進(jìn)行淬火，待通過(guò)驗(yàn)證取得合格樣件后才進(jìn)行淬火操作。
⑵檢具快速檢測(cè)。
申請(qǐng)檢具可以達(dá)到快速檢測(cè)制件質(zhì)量的效果。針對(duì)制件復(fù)雜的情況，我們?cè)谇捌诠に嚥邉澲猩暾?qǐng)了縱梁及加強(qiáng)板的檢具。這樣可以及時(shí)快速對(duì)制件成形及孔位進(jìn)行檢測(cè)，方便采取相關(guān)調(diào)整措施，檢具對(duì)翼面成形質(zhì)量的檢測(cè)效果尤為明顯，效果直觀，可以直接反饋到模具相對(duì)應(yīng)的部位。
實(shí)際調(diào)試工藝
⑴成形間隙選擇。
調(diào)試初期我們?cè)诠战俏恢貌捎靡槐读虾耖g隙即Z=4.5mm，拐角翼面容易出現(xiàn)走料不均勻等原因所導(dǎo)致的波浪彎等質(zhì)量不良問(wèn)題。如圖3所示，經(jīng)過(guò)幾次效果驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)將拐角處的成形間隙采用85%～90%料厚效果最佳，即Z=4.2mm來(lái)控制拐點(diǎn)區(qū)域的回彈。同時(shí)通過(guò)凹模新材料SKD11材質(zhì)TD來(lái)增加鑲塊表面粗糙度及硬度來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，以此控制翼面拉毛，效果良好，其余位置根據(jù)變形量不同采用不同間隙，最大不超過(guò)一倍料厚間隙，以此來(lái)控制板料在凸凹模之間的流動(dòng)，具體間隙根據(jù)不同廠家的設(shè)備及模具狀況也會(huì)隨之變化。
⑵回彈控制。
蛇形縱梁屬于U形工件，U 形工件彎曲時(shí)，可根據(jù)工件的回彈量大小在凸模兩側(cè)做出回彈角或?qū)寄５撞孔龀苫∶�，使工件在沖壓時(shí)產(chǎn)生局部彎曲，卸除外力之后，局部彎曲弧面會(huì)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。凹模口采用斜面結(jié)構(gòu)，減小進(jìn)料阻力。縱梁的材料厚度一般為4～10mm，采用厚板沖壓成形技術(shù)。故可將凸模作成圖4所示的形狀，使沖壓時(shí)的壓力集中于角部，加大R角部位彎曲變形程度，工件塑性變形量增多，回彈減小。對(duì)于U形彎曲來(lái)說(shuō)，回彈量隨著凹模開口深度增大而減小。
⑶控制翼面波浪彎。
凸�？拷课恢�，通過(guò)增加補(bǔ)償以控制拐點(diǎn)位置在凸凹模之間的流動(dòng)，以此控制波浪彎的產(chǎn)生。同時(shí)我們盡量以1000mm為間隔增加導(dǎo)正銷孔，并在拐角變形區(qū)域增設(shè)導(dǎo)正銷孔以此控制翼面成形質(zhì)量。翼面拐角區(qū)域間隙應(yīng)保持控制均勻，相應(yīng)措施為：凸模底面背空或者增強(qiáng)圓角區(qū)域校形。針對(duì)拐角部位，變薄區(qū)間隙適當(dāng)減小，增厚區(qū)間隙適當(dāng)放大。
⑷拐點(diǎn)位置開工藝豁口。
因?yàn)橹萍䴙檎w成形，拐角位置材料流動(dòng)會(huì)影響翼面質(zhì)量。我們通過(guò)拐點(diǎn)部位開工藝豁口來(lái)影響材料流動(dòng)從而控制翼面成形質(zhì)量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通常應(yīng)盡量加大豁口圓角，一般為料厚3～5倍。
⑸選用噸位大的壓力機(jī)，增大壓力減小回彈。
在實(shí)際生產(chǎn)中，為了減小回彈，可以在彎曲過(guò)程中采用遠(yuǎn)比實(shí)際所需彎曲力大的設(shè)備來(lái)進(jìn)行強(qiáng)力彎曲。利用這樣大的力，具有校形性質(zhì)，是一種比較簡(jiǎn)單的能消除回彈的方法。我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中采用E2S-4000機(jī)械壓力機(jī)，具有校形性質(zhì)，也從一定程度上減輕了回彈。
⑹材料退火。
如果彎曲件允許利用熱處理的方法降低其硬度和屈服強(qiáng)度，可以在彎曲工藝前增加退火處理，能有效減小回彈同時(shí)也能降低彎曲力，退火一般采用低溫退火，即再結(jié)晶退火。退火時(shí)應(yīng)該注意兩點(diǎn)事項(xiàng)：脫碳和氧化。其中工件氧化后有氧化皮，害處有二：一是工件有效厚度變�。欢窃黾幽＞吣p。在工藝條件不具備時(shí)，一般采用普通退火，為減小氧化皮產(chǎn)生，退火時(shí)要盡可能將爐膛裝滿；工藝條件具備時(shí)候，可采用氮爐退火，即光亮退火。不仔細(xì)觀察，退火后和退火前外觀效果幾乎無(wú)變化。
結(jié)束語(yǔ)
本文簡(jiǎn)要介紹了蛇形縱梁的沖壓成形工藝方法及相應(yīng)的回彈現(xiàn)象，之后通過(guò)分析回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生因素和厚板沖壓成形的特點(diǎn)，提出了減少回彈量的具體適用方法，以達(dá)到提高縱梁生產(chǎn)精度進(jìn)而提高卡車、客車承載力、可靠性的效果。
