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[汽车用钢] 基于光学测量的高强钢冲压回弹补偿应用方法

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发表于 2021-4-12 16:23:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
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基于光学测量的高强钢冲压回弹补偿应用方法

王志强,贾治域,张玉欣,韩晓林
(北京汽车有限公司汽车研究院,北京 101300)
摘 要:文章以某车型中通道本体为例,详细阐述了高强度钢板类复杂零件在成型中产生回弹缺陷的原因,立足零件从产品设计、工艺设计到现场调试的全生命周期,基于光学测量数据,提供完整解决高强钢成型回弹的方法。
关键词:中通道本体;工艺设计;回弹
1 前言

在轻量化车身的需求下,高强钢的使用可以将传统汽车用钢厚度1.0-1.2mm减薄至0.7-0.8mm,整车减重15%-20%,因此高强钢在车身上的应用比例逐年增高。由于高强度钢板屈服强度高,塑性低等特点,极易产生扭曲、回弹等成型缺陷[1-2]。

中通道本体结构作为车身的重要组成部分,涉及到汽车在正面、侧面碰撞过程中的安全性,同时它的质量好坏严重影响白车身整体质量,成形过程中易产生起皱、塌陷、侧壁弯曲回弹等缺陷,因此如何保证中通道本体的零件质量尤为重要。现在的传统车企采用仿真与现场经验相结合的方式对产品缺陷进行改善,效率较低,本文以某车型高强钢中通道零件为例,采用光学设备测量零件状态,通过数据对比及分析,有效消除零件回弹及扭曲缺陷,总结了该零件成型缺陷及从设计、调试等方面解决成型缺陷问题,确保零件质量的方法,提高了高强钢零件现场修正效率。

2 产品要求及缺陷分析

如图1所示,本文中通道本体为HC340/590的高强钢“几”字形零件,料厚0.8mm,最大深度172mm。

图1 中通道零件

此类“几”字形零件成形后侧壁会呈开口趋势,主要由于两侧壁的弯曲回弹造成[3-5],在模具上模压力卸载后截面的两侧壁会在圆角根部弯曲区域产生弹性回复,使侧壁绕圆角轴线向外旋转,导致截面下开口量比上开口大[6-8],如图2及图3所示。

图2 拉延回弹

图3 翻边回弹

现场零件在成型后出现间隙超差,顶面拉延不足导致型面塌陷的问题,如图4:

(1)零件设计存在刚性差问题,根据Hollomon关系式,S=Ken,“几”字形零件顶部未设计特征筋,由于零件顶面平缓,拉延不充分,导致材料没有进行塑性变形,此处焊点无法保证;

(2)OP10工序板料流动经过圆角后产生弯曲,反弧补偿不充分,造成零件放入OP30工序时零件与模具干涉0.5mm

(3)OP40工序模具顶面设计了取件避让口,导致顶面材料无法压紧;

(4)OP40工序U形槽底面深度不足,造成零件被顶起,导致零件顶面起皱,上模吸料;

(5)由于HC340/590DP材料强度大,成形后侧壁回弹严重,OP10、OP30、OP40模具未进行足够的回弹补偿,导致零件贴合面间隙超差(3-5mm),如图2,3;

(6)OP40工序没有定位销,零件窜动,导致整形后零件变形,如图4。

图4 零件冲压缺陷

3 解决方案

从产品设计到模具更改的解决方案:

3.1 产品设计修正(加筋)

如图5,在塌陷位置增加高度3mm的形状筋,通过结构优化对此位置的配接进行增强,同时使此位置板料进入塑性变形,增加结构支撑性及稳定性。

图5 产品修改

3.2 光学扫描校正

如图6对比,在传统的零件调修方案中,采用检具对零件回弹量进行测量,无法完整评估零件各区域的变行情况,因此需要经过多轮测量调试的循环,才能够获得合格零件,采用白光扫描的方案,能够获得逆向数据,通过逆向数据与设计数据的比对,可以获得完整的零件变形参数,判断变形趋势,因此能够大大减少零件的调试周期。

图6 调试方案对比

现场零件白光扫描结果与原始数据对比分析得到产品回弹量根据扫描各断面线长度,对不同的超差区域制定1.0~1.2的回弹补偿系数,如图7。

图7 光学扫描校正

3.3 工艺设计优化

设置侧整工序,拉延模做回弹补偿后剩余回弹(约1-2)mm及侧弯在侧整消除,如图8。

图8 侧整形工序

模具修正:

(1)拉延模修改

1)因拉延时侧壁弯曲(0.8-1mm),在拉延模做回弹补偿1mm,如图9。

图9 回弹补偿

2)由于拉延切边后回弹,OP30侧整零件放到模具上干涉,无法整形,修正OP10,将干涉处在拉延序角度放大2°,见图10。

图10 模具修改

(2)OP10模具修改后,零件放到OP30模具无干涉状态下,OP30侧整,白光扫描OP30结果,根据扫描各断面线长度,对不同的超差侧壁区域制定1.0~1.2的回弹补偿系数,线长度越长,补偿系数越大,侧整形模具做从开口处到长方向600mm处做3.5mm-0过渡补偿(见图11、12)。

图11 OP30白光扫描结果

图12 OP30模具修改量

图13 OP40白光扫描结果

(3)OP30侧壁回弹调整到位后,OP40整底部筋槽及法兰面,模具要求底部敦实,整形后,筋槽及法兰面回弹,根据扫描结果及制件在检具上的状态,按1:1比例修正OP40模具,如图13、14。

图14 OP40在检具上状态

根据以上结果,调整模具:

1)筋槽回弹调整,如图15。

图15 筋槽回弹调整

2)法兰面调整,如图16:

图16 法兰面调整

(4)修边线调整

因OP10拉延角度放大,导致最后整形后,零件边线比数据单边超差1-1.5mm,形状调试合格后,调整OP20、OP50修边线。

(5)经过白光扫描及工程师多年的技术经验结合,材料为HC340/590的高强度钢板,经三轮调试,单件及总成在检具上合格率均超过95%,比以往相同难度零件调试周期节省最少2个月,如图17。

图17 零件检测合格状态

4 总结

传统的回弹调试方法需要5次以上的调试整改周期才能够获得合格零件,而采用白光扫描技术后,结合设计及调试工程师经验,制定整套调试方案及计划,只经过三次的模具修正,所获零件即符合检具要求。因此针对高强钢典型零件回弹问题,适当采用白光扫描技术对回弹问题进行测量分析,并通过仿真分析及技术经验的叠加,能够大大提升回弹补偿的调试效率。

针对高强钢薄板零件缺陷防治,应做到以下几点:

(1)零件设计应保证零件成形后刚度。

(2)成形工艺要正确,对高强钢、超高强钢零件要必须安排侧整工序。

(3)高强钢零件因成形时侧壁弯曲,拉延工序要做侧弯补偿及回弹补偿,剩余回弹在后续侧整完成。

(4)根据经验及扫描数据选择正确的回弹系数。

(5)补偿值要根据全部工序统筹制定。

(6)白光或蓝光扫描与经验结合可有效缩短零件回弹调整周期。



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