沖壓

沖壓和彎曲回彈問題的分析與解決

轉載 :  zaoche168.com   2018年01月29日

  回彈是當載荷卸去后,變形體的形狀得到部分恢復,零件的形狀及尺寸與沖壓模具工作表面的形狀和尺寸不符,造成零件的尺寸不在公差范圍內,影響產品的裝配精度,工程上迫切要求解決由于回彈現象造成的產品誤差。

  沖壓成形發生塑性變形,同時也發生了彈性變形。成形負荷卸載后,零件便會產生一定回彈。回彈是在板料成形后,成形件從模具中取出后必定會產生的變形,會影響零件最終形狀。回彈量大小直接影響工件的幾何精度,同樣也是工藝中很難克服的成形缺陷。

  

  負荷卸載后應力變化曲線

  沖壓件回彈的影響因素

  1) 材料性能 不同強度的沖壓件,從普通板材到高強板,不同板材有著不同的屈服強度,板材的屈服強度越高,就越容易出現回彈現象。厚板料零件的材料一般采用熱軋碳素鋼板或熱軋低合金高強度鋼板。與冷軋薄板料相比,熱軋厚板料的表面質量差、厚度公差大、材料力學性能不穩定,并且材料的延伸率較低.

  

  回彈前后應力變化

  2)材料厚度  在成形過程中,板料厚度對彎曲性能有很大影響,隨著板料厚度增加,回彈現象會逐漸減少,這是因為隨著板料厚度增加,參與塑性變形材料增加,進而彈性回復變形也增加,因此,回彈變小。

  

  板料界面的切向應力

  隨著厚板料零件材料強度級別的不斷提高,回彈所造成零件尺寸精度的問題越來越嚴重,模具設計和后期的工藝調試都要求對零件回彈的性質及大小有所了解,以便采取相應的對策和補救方案。

  對于厚板料零件,其彎曲半徑與板厚之比一般都很小,板厚方向的應力及其應力變化不容忽視.。

  3)零件形狀 不同形狀零件回彈差異很大,形狀復雜的零件一般都會增加一序整形,防止成形不到位出現回彈現象,而更有一部分特殊形狀零件比較容易出現回彈現象,如U形零部件,在分析成形過程中,必須考慮回彈補償事宜。

  4)彎曲中心角 彎曲中心角的值越大就表示回彈累積值越大,這樣就會造成嚴重的回彈現象,沖壓件形變的長度隨著彎曲中心角的增大而增大。

  

  5)模具間隙配合情況 模具在設計時就要在相對工作部分留有一倍料厚的間隙,在間隙中容納產品。為實現材料更好的流動,在模具加工完畢后要對模具的局部進行研配。尤其是彎曲模具,工作部位的間隙越大導致的回彈也就越大,如果板料厚度的誤差允許范圍越大,則回彈也會越大,也會使模具的間隙不能得到很好的確定。

  6)相對彎曲半徑 相對彎曲半徑的值與回彈值成正比,所以沖壓件的曲率越大則越不容易彎曲成形。

  7)成形工藝 成形工藝是制約其回彈值的一個重要方面,一般來說,校正彎曲的回彈效果比自由彎曲要好。如果在同一批沖壓件的生產中要達到同樣的加工效果,校正彎曲比自由彎曲所需要的彎曲力要大很多,所以如果兩種方式采用一樣的彎曲力,則最后達到的效果也不同。校正彎曲時所需要的校正力越大沖壓件的回彈越小,矯正彎曲力會使變形區內外側纖維都被拉長,達到成型效果。在彎曲力卸載后,內外側的纖維都會縮短,但是內外側的回彈方向相反,使沖壓件向外的回彈能夠得到一定程度的緩解。

  沖壓回彈的解決措施

  1)產品設計 首先,材料方面,在滿足產品的要求的前提下,要選擇屈服度小的材料或者也可以適當的增加材料的厚度。其次,沖壓件形狀的設計,沖壓件的形狀其回彈也有很重要的影響,形狀彎曲的復雜沖壓件在一次彎曲中,由于各個方向的應力情況復雜,還存在著摩擦力等其他因素,回彈消除是十分困難的,所以在產品的形狀設計時,對于復雜的沖壓件可以采用幾個部件組合的形式,解決回彈問題。

  還有可以設置防回彈筋,也能有效地解決回彈缺陷,在滿足沖壓件要求的前提下根據產品要求和回彈量要求增加設置防回彈筋,可以改變產品形狀。最后,也可以通過減小彎曲部分R角的值來解決回彈缺陷。

  2)工藝設計 首先,模具設計預成形工序,增加預成形工序可以使一次性成形的沖壓件分布在不同的工序中完成,可以在一定程度上消除成形過程中的內應力,從而解決回彈缺陷。其次,減小凹凸模具間隙,可以將其調整在一倍料厚左右,使材料與模具的貼合度達到最大,同時對模具進行硬化處理,也可有效地減少沖壓件拉毛現象,減小對模具的磨損。

  還有對產品進行整形,如果產品的設計不能隨意更改,就可以在最后對沖壓件進行整形加工,這也是最后的辦法。最后,還有一些其他的方法解決回彈缺陷,如使用液壓沖壓設備,凸模設置頁腳等,都可以在一定程度上解決回彈缺陷。

  3)零件壓邊力 壓邊力沖壓成形過程是一項重要的工藝措施,通過不斷優化壓邊力,可以調整材料流動方向,改善材料內部應力分布。壓邊力增大可以使零件拉延更加充分,特別是零件側壁與R角位置,如果成形充分,會使內外應力差減少,從而使回彈減小。

  4)拉延筋 拉延筋在當今工藝中應用較為廣泛,合理的設置拉延的位置,能夠有效地改變材料流動方向及有效分配壓料面上的進料阻力,從而提高材料成形性,在容易出現回彈的零件上設置拉延筋,會使零件成形更充分,應力分布更均勻,從而回彈減小。

  鈑金沖壓回彈補償設計~

  

  回彈模擬影響因素

  彎曲回彈的解決措施

  1)校正彎曲 校正彎曲力將使沖壓力集中在彎曲變形區,迫使內層金屬受擠壓,被校正后,內外層都被伸長,卸載后擠壓兩區的回彈趨勢相抵可以減小回彈。

  2)熱處理 在彎曲前進行退火,降低其硬度和屈服應力可減小回彈,同時也降低了彎曲力,彎曲后再淬硬。

  3)過度彎曲 彎曲生產中,由于彈性恢復,板料的變形角度及半徑會變大,可以采用板料變形程度超出理論變形程度的方式來減小回彈。

  4)熱彎 采用加熱彎曲,選擇合適溫度,材料有足夠的時間軟化,可以減小回彈量。

  5)拉彎 該方法是在板料彎曲的同時施加切向拉力,改變板料內部的應力狀態和分布情況,讓整個斷面處于塑性拉伸變形范圍內,這些卸載后,內外層的回彈趨勢相互抵消,減小了回彈。

  6)局部壓縮 局部壓縮工藝是通過減薄外側板料的厚度來增加外側板料的長度,使內外層的回彈趨勢相互抵消。

  7)多次彎曲 將彎曲成形分成多次來進行,以消除回彈。

  8)內側圓角鈍化 從彎曲部位的內側進行壓縮,以消除回彈。當板形U形彎曲時,由于兩側對稱彎曲,采用這種方法效果比較好。

  9)變整體拉延成為部分彎曲成形 將零件一部分采用彎曲成形后再通過拉延成形以減少回彈。這種方法對二維形狀簡單的產品有效。

  10)控制殘余應力 拉延時在工具的表面增加局部的凸包形狀,在后道工序時再消除增加的形狀,使材料內的殘余應力平衡發生變化,以消除回彈。

  11)負回彈 在加工工具表面時,設法使板料產生負向回彈。上模返回后,制件通過回彈而達到要求的形狀。

  12)電磁法 利用電磁脈沖沖擊材料表面,可以糾正由于回彈造成的形狀和尺寸誤差。

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