影響卡車縱梁制造精度的主要原因是沖壓成形的回彈問題。本文論述了蛇形變截面縱梁在調試過程中所展現回彈趨勢及相應回彈控制措施。

蛇形縱梁（圖1）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，一般長度在8m～12m之間。本文中縱梁采用SAPH440闆料，厚度4.5mm,應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決定性的作用。受制于縱梁整體成形結構要求，若模具結構、沖壓工藝不合理會造成縱梁缺陷。因局部變形位置需要和内側加強闆壓合，保證下序焊接質量要求，因此對縱梁成形質量要求極高。蛇形縱梁成形屬于厚闆沖壓技術領域，回彈使縱梁的加工尺寸不滿足設計尺寸要求。因此通過控制回彈量保證縱梁的制造精度，進而實現對整車性能的提高至關重要。

圖1 蛇形縱梁效果圖

蛇形縱梁CAE分析及回彈

通過成形分析可以看出制件成形過程中有輕微的變薄和增厚部位。通過回彈分析，制件存在回彈和扭曲，CAE分析最大回彈量2mm。這與我們在以往調試縱梁時的經驗數據(5～6mm)有一定差距。原因是多方面的，理論與實際有差别，主要原因是目前國内厚料分析材質庫不完善，分析時往往是用替代闆料的參數來完成。在工藝設計時，我們将根據參考CAE分析的結果，結合我們經驗數據在後期調試中進行補償，消除底面回彈；做不等間隙加工，消除翼面回彈。出件後在檢具上做快速檢測，做後期補償調試，最終達到理想狀态。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緻的加工尺寸超差、拐點位置波浪彎等不良問題。

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闆沖壓成形技術(圖2)，相比于薄闆，厚闆沖壓成形有以下特點：

圖2 蛇形縱梁的成形分析

⑴在彎曲過程中，以應變中性層為界，内側切向受壓而變厚，外側切向受拉而變薄。由于内側金屬的增厚受到凸模的限制，因此内側闆厚度增厚量小于外側闆厚度的減薄量，總體表現出減薄的特點。與所有的塑性變形一樣，塑性彎曲時伴随着彈性變形，當外載荷去除後，塑性變形保留下來，而彈性變形完全消失。由于彎曲時内、外區切向應力方向相反，因而彈性恢複方向也相反，即外區彈性縮短而内區彈性伸長，這種方向的彈性恢複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緻，這種現象叫做彎曲回彈（簡稱回彈）。

⑵變形類型不同。厚闆材料屈服強度高、伸長率低使其無法成形複雜的零件，成形方式主要以彎曲為主，工藝相對簡單。在滿足要求的前提下應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量。

⑶模具間隙差異。U形彎曲時，模具間隙越小，摩擦越大，模具對闆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。

經過前期工藝策劃，綜合考慮産量與成本，我們并未采用落料模具，節約包括加強闆在内的六套落料模具費用約二百萬元，将工藝方案定為：激光切割—壓彎成形，主要有以下優點。

激光切割料片屬于柔性化生産，有助于随時調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用上，為節省成本，我們采用共用模座及直線段鑲塊，左右件對稱隻更換變形區域鑲塊，這可以節約成本一百萬元左右, 同時成形鑲塊采用分段式結構，節約維修成本。成形邊定位為初定位，導正銷為精定位，中間采用長圓導正銷孔，以利于縱梁成形時候的縱向移動，且調試初期凸凹模并不進行淬火，待通過驗證取得合格樣件後才進行淬火操作。

⑵檢具快速檢測。

申請檢具可以達到快速檢測制件質量的效果。針對制件複雜的情況，我們在前期工藝策劃中申請了縱梁及加強闆的檢具。這樣可以及時快速對制件成形及孔位進行檢測，方便采取相關調整措施，檢具對翼面成形質量的檢測效果尤為明顯，效果直觀，可以直接反饋到模具相對應的部位。

實際調試工藝

⑴成形間隙選擇。

圖3 拐角處的間隙采用85%～90%料厚效果最佳

調試初期我們在拐角位置采用一倍料厚間隙即Z=4.5mm，拐角翼面容易出現走料不均勻等原因所導緻的波浪彎等質量不良問題。如圖3所示，經過幾次效果驗證發現将拐角處的成形間隙采用85%～90%料厚效果最佳，即Z=4.2mm來控制拐點區域的回彈。同時通過凹模新材料SKD11材質TD來增加鑲塊表面粗糙度及硬度來進行補償，以此控制翼面拉毛，效果良好，其餘位置根據變形量不同采用不同間隙，最大不超過一倍料厚間隙，以此來控制闆料在凸凹模之間的流動，具體間隙根據不同廠家的設備及模具狀況也會随之變化。

⑵回彈控制。

圖4 凸模回彈角

蛇形縱梁屬于U形工件，U 形工件彎曲時，可根據工件的回彈量大小在凸模兩側做出回彈角（圖4）或将凹模底部做成弧面，使工件在沖壓時産生局部彎曲，卸除外力之後，局部彎曲弧面會産生負回彈，從而補償了圓角部位産生的正回彈，起到抑制回彈的作用。凹模口采用斜面結構，減小進料阻力。縱梁的材料厚度一般為4～10mm，采用厚闆沖壓成形技術。故可将凸模作成圖4所示的形狀，使沖壓時的壓力集中于角部，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。對于U形彎曲來說，回彈量随着凹模開口深度增大而減小。

⑶控制翼面波浪彎。

凸模靠近根部位置，通過增加補償以控制拐點位置在凸凹模之間的流動，以此控制波浪彎的産生。同時我們盡量以1000mm為間隔增加導正銷孔，并在拐角變形區域增設導正銷孔以此控制翼面成形質量。翼面拐角區域間隙應保持控制均勻，相應措施為：凸模底面背空或者增強圓角區域校形。針對拐角部位，變薄區間隙适當減小，增厚區間隙适當放大。

⑷拐點位置開工藝豁口。

因為制件為整體成形，拐角位置材料流動會影響翼面質量。我們通過拐點部位開工藝豁口來影響材料流動從而控制翼面成形質量，根據經驗通常應盡量加大豁口圓角，一般為料厚3～5倍（圖5）。

圖5 凸模回彈角

⑸選用噸位大的壓力機，增大壓力減小回彈。

在實際生産中，為了減小回彈，可以在彎曲過程中采用遠比實際所需彎曲力大的設備來進行強力彎曲。利用這樣大的力，具有校形性質，是一種比較簡單的能消除回彈的方法。我們在實際生産中采用E2S-4000機械壓力機，具有校形性質，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度，可以在彎曲工藝前增加退火處理，能有效減小回彈同時也能降低彎曲力，退火一般采用低溫退火，即再結晶退火。退火時應該注意兩點事項：脫碳和氧化。其中工件氧化後有氧化皮，害處有二：一是工件有效厚度變薄；二是增加模具磨損。在工藝條件不具備時，一般采用普通退火，為減小氧化皮産生，退火時要盡可能将爐膛裝滿；工藝條件具備時候，可采用氮爐退火，即光亮退火。不仔細觀察，退火後和退火前外觀效果幾乎無變化。

結束語

本文簡要介紹了蛇形縱梁的沖壓成形工藝方法及相應的回彈現象，之後通過分析回彈現象的産生因素和厚闆沖壓成形的特點，提出了減少回彈量的具體适用方法，以達到提高縱梁生産精度進而提高卡車、客車承載力、可靠性的效果。

作者簡介

張春雨，技術發展部厚闆成形工程師，主要從事厚闆成形工藝及卡車縱梁、厚闆成形相關模具項目、模具調試、産品審核、工藝标準流程及現場工藝問題處理，獲得一汽解放公司質量提升優秀項目獎。

——本文節選自《鍛造與沖壓》2019年第8期

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