轿车后部加强板回弹问题的补偿方法

李玉青

(长春职业技术学院工程技术分院，吉林长春 130033)

车后部加强板是汽车上的一个重要结构件，能够有效吸收、降低车辆碰撞时产生的冲击能量，并且在变形时能够吸收更多的冲击能量，对汽车的安全性起到了重要作用。车后部加强板一般采用DP600高强度钢板，该材料在成形过程中既存在塑性变形，又存在弹性变形。卸载后塑性变形将会完全保留下来，但弹性变形会逐渐消失，使零件的弯曲半径和弯曲角发生变化，即产生回弹现象。而回弹是成形过程的累积效应，与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等诸多因素密切相关，所以回弹问题非常复杂，很难准确计算弯曲半径和弯曲角的回弹量［1］。同时，回弹问题的存在会影响冲压件的形状尺寸精度和表面质量，当回弹量超过允许误差范围后就会产生成形缺陷，进而影响整车装配。

1 零件工艺分析

车后部加强板(如图1所示)属于左右对称结构，型面复杂。要求有足够的刚性及形状尺寸精度，并保证装配后间隙不超差，否则将导致后续工序无法进行。

图1 车后部加强板结构示意图

根据零件的技术要求和装配使用特点，制定该零件的成形工艺方案为：拉延—修边—翻边—整形。该零件壁薄且结构复杂，故在冲压成形过程中容易产生回弹现象，使零件形状发生变化、尺寸精度超差。

应用商用软件AutoForm对零件进行成形分析，分析过程包括拉延、修边、翻边及整形四部分。绝大多数零件在拉延工序中只要不出现起皱和开裂的现象，就能够顺利成形。零件拉延后示意图如图2所示。经试验，零件在翻边后，X，Y和Z 3个方向上均出现回弹现象，但在X和Y方向的回弹量很小，绝大部分回弹量在±0．50mm内，属于合理误差范围。零件在Z方向上的回弹量如图3所示，回弹最大值为+2．21mm，已超出尺寸误差范围，需要进行控制。

图2 零件拉延后示意图

2 材料性能

车后部加强板采用DP600高强度钢板，其力学性能见表1。

图3 零件在Z方向上回弹量

表1 DP600高强度钢板力学性能

从表1中数据可以看出，DP600高强度钢板的硬化指数n及厚向异性指数r变化不大，影响回弹量的主要因素是屈服强度。由于DP600材料的屈服强度高，导致回弹量增大。回弹对形状、尺寸精度的影响不可避免，必须采用相应的回弹补偿方法。

3 回弹补偿方法

回弹是与材料性能、零件形状和工艺参数密切相关的复杂过程，影响因素众多。为了获得形状尺寸精度满足要求的零件，可以采用以下几种方法［2］。

a．控制材料性能。

回弹量的大小与材料的屈服强度成正比，同时还与材料的加工硬化程度有关。若材料性能不稳定，则回弹量也不稳定。故在满足零件使用性能的前提下，尽量采用屈服强度较低的材料，可以减轻回弹现象。

b．控制工艺参数。

制定合理的加工工艺流程［3］，改变应力集中状态，抑制回弹变形的产生。该方法对型面简单的零件，如U型弯曲件和V型弯曲件效果明显，但对于结构复杂的零件效果不显著。

c．模具型面补偿法。

对于复杂型面的零件(如汽车后部加强板)，采用模具补偿法［4］最为有效，即在考虑回弹量的前提下，对模具型面进行预修正，使得冲压件回弹后的形状刚好满足设计要求。

由前面仿真分析可知，车后部加强板型面复杂，材料的屈服强度高，回弹量大，所以采用模具型面补偿法最为直接有效。

模具型面补偿是基于零件设计形状的虚拟修模迭代过程。首先，按零件设计初始模具形状，利用CAE对零件进行回弹分析，根据所得数据即修模补偿回弹量反求得到新的模具型面。接着再进行一次回弹分析，得到补偿后零件再次回弹形状。判断此次回弹后零件形状是否满足要求，若满足要求，则得到修模后模具型面的几何形状［5］。

通过模拟迭代，对模具型面进行补偿，一般每次迭代量按前一次回弹量0．8倍计算。零件回弹量最大数值为+2．21mm，经7次模拟迭代后得到的回弹量见表2。若零件在Z方向的回弹量均在±0．50mm内，则回弹量属于合理误差范围。所以此次回弹模拟分析所用的补偿模具型面正是所需的模具型面。

表2 回弹量分析结果

4 试验测量及验证

试验采用的设备为YA32-315，零件材料为DP600高强度钢板。

对生产的零件进行检测，零件在Z方向上仍有微量的弯曲上翘，回弹量最大值为+0．51mm，与CAE模拟分析的结果基本接近。补偿后的零件回弹量如图4所示。

图4 补偿后的零件回弹量

由以上模拟分析测量数据可以看出，根据提出的回弹控制方案，进行模具补偿的效果非常显著，基本满足零件的精度要求。可以达到控制回弹的目的，节约了成本，缩短了制模周期。

5 结论

a．通过对比几种回弹方法可以得出，模具型面补偿是最为直接和有效的方法。

b．通过数值模拟迭代与模具型面补偿相结合的虚拟试模方法，可达到控制回弹的目的，节约了成本，并缩短了制模周期。

c．通过试验证明，模具回弹量是可以通过有效的手段加以控制的。

［1］ 龚志辉，钟志华，杨旭静．汽车外覆盖件回弹评价方法及应用［J］．汽车工程，2007(4)：52-54．

［2］ 刁可山，蒋浩民．基于CAE的DP600高强钢零件回弹特征分析及控制［J］．锻压技术，2010，35(5)：47-51．

［3］ 彭伟，杨雪春，杨国泰．高强度板U形件冲压成形的回弹仿真研究［J］．锻压技术，2008，33(1) ：34-38．

［4］ 蒋浩民，陈新平，石磊，等．先进高强度钢板的冲压成形特性及其应用［J］．塑性工程学报，2009，16(4)：183-186．

［5］ 周杰，阳德森．保险杠立柱成形回弹分析及其控制［J］．塑性工程学报，2010，17(1)：66-69．