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汽车纵梁成形回弹的处理方案

​随着汽车产业的发展，人们对汽车的各方面要求也越来越高，对汽车的油耗、造型外观、内外饰件质量等都提出了很高的要求。底盘梁类件作为底盘的主要支撑部件，它的质量直接影响车身的整车装配精度，如尺寸不达标，会使内外饰件的搭接出现间隙超差，甚至影响整车的安全性能。因此，梁类件的质量必须得以保证。后地板纵梁处于整车车身后部，造型复杂，尺寸精度难以保证。

后地板纵梁的位置

后地板纵梁位于整车地板后部的两侧，为汽车的主要支撑部件，向下通过悬架连接着车轮，向上通过轮罩连接着侧围外板，如图1所示。后地板纵梁对汽车整车的装配精度和强度有着举足轻重的作用。

图1 后地板纵梁在整车的位置

后地板纵梁的形状

后地板纵梁为不规则的梁类件，整体形状呈S型。两侧区域高度差最大达195mm，上下区域高度差最大达138mm，端头为全开放式，且右端为非对称造型，如图2所示。这种造型在成形后容易产生严重的回弹变形，整改极为困难。

后地板纵梁的材质

后地板纵梁材质为HC300/500DPD，属于双相钢材，在同等屈服强度水平下，具有更高的强度，其屈服强度为290~370 MPa，抗拉强度大于500 MPa。

冲压工艺排布时的注意事项

纵梁两侧法兰的成形

后地板纵梁法兰为主要接触面，其成形方式可分为2种：①先拉深，再整形到位（见图3），这种方法是处理法兰面形状复杂或深度过深无法一次拉深到位的梁类件，但在二次成形时，由于法兰没有在拉紧的情况下成形，两侧整形力不均或不同步时，会产生扭曲变形；②拉深，直接将法兰拉深到位（见图4），这种方法对于法兰的平整以及侧壁的回弹有积极作用。在相同情况下，优先选用方案②。

图3 法兰先局部拉深再整形到位

图4 法兰直接拉深到位

纵梁翻边处理

成形后地板纵梁时，因其形状特征冲压工艺受到限制，局部位置需要先修边后翻边。但在翻边过程中，外缘区域的板料被拉深，出现拉深翻边，卸载后纵梁法兰边产生回弹和扭曲，后期整改困难，必须在前期的零件成形工艺分析时进行处理。在制件翻边区域增加水滴形状的工艺补充（见图5），在拉深过程中提前进行储料（使外缘线延长）。通过计算截面线长度，调整工艺补充的高度和宽度，使截面线在翻边前后一致，消除由拉深翻边造成的影响，从而控制零件成形的回弹量。

图5 水滴形状的工艺补充

工艺补充

适当的工艺补充可以改善制件的质量，以纵梁侧壁翘曲为例，板料在拉深时随着滑块下行，板料通过压料面进入凹模型腔。当板料经过凹模刃口R角时，板料弯曲变形，外部受压内部受拉；板料流出凹模刃口R角进入型腔时，板料由弯曲到展平。由于凸、凹模具有一定的脱模角度，只有在板料成形到位时才会与凸、凹模侧壁型面完全接触，板料侧壁只受单纯的拉应力，也就是板料由弯曲到展平的过程是由凸模顶部R角与凹模刃口共同的拉应力作用下展平的，这时板料侧壁外部受拉内部受压，在拉应力与材料加工硬化的双重作用下，板料无法完全展开，最终导致侧壁翘曲。

采取增加适当的工艺补充可以解决制件侧壁翘曲变形的问题，如图6所示。通过CAE分析，在板料最终成形到底（7.5mm）时，加大拉深力，此时板料内壁和外壁所受的拉应力会抵消板料前期弯曲变形时受到的应力，并消除材料加工硬化的影响，达到防止侧壁翘曲变形的目的。

图6 工艺补充

制件侧壁回弹的整改注意事项

压力的调整

受人、机、料、法、环等因素的影响，CAE的分析结果与现场存在一定的差异，CAE模拟提供的压力值等参数只能作为参考，调试时仍需根据实际机床匹配情况进行调整。

侧壁整形间隙

纵梁板料厚1.6mm，由于板料在出厂时有厚度公差，实际测量的厚度为1.55mm。板料在拉深成形后会出现减薄现象，根据CAE分析结果，板料减薄率约为12%，即减薄0.2mm，如图8所示。综合上述分析，成形后地板纵梁的凸、凹模单边间隙选定1.35mm为合理的整形间隙。

图8 拉深后的减薄率

侧壁的回弹补偿

通过CAE分析及模具调试，对制件的回弹进行了控制，由于现场工况与理论分析不可能完全一致（如表面粗糙度、板料抗拉强度等），会使制件在调试完成后出现回弹，需要对回弹量进行补偿。

侧壁回弹的补偿量：板料的成形过程是塑性变形的同时伴随着弹性变形，在回弹补偿时，一定要考虑其中的弹性变形对回弹补偿的影响。当回弹量为1mm时，可增加20%的回弹补偿量（即1.2mm）进行整改，如图9所示，当弹性变形释放后，便会得到需要的回弹补偿量。图9回弹补偿制件深度回弹的补偿量：纵梁的侧壁为拉深成形，修边完成后内应力释放，侧壁会出现一定的收缩变形即收缩回弹（见图10），会导致法兰面尺寸超差。此类回弹在拉深工序时可以解决，收缩回弹是由拉应力引起的，当补偿了收缩量之后，增加的深度值的收缩量可忽略不计，因此，只需根据实际检测的数值在拉深工序时进行补偿即可，且很稳定。如果在整形模具进行补偿，不仅补偿量难以控制，还会使得制件发生扭曲变形。

制件的扭曲补偿量：由于制件所受内应力不均匀，当开模后内应力释放，纵梁会出现整体的扭曲变形。通过调整板料的进料量、板料定位等方式无法弥补时，则需对制件进行扭曲补偿。由于制件扭曲的内应力已无法消除，通常在拉深工序上进行扭曲补偿，并增加30%的补偿量用以抵销部分回弹。

制件在装车时的问题及整改

制件在检具检测合格后，在焊装白车身零件时仍会出现搭接间隙过大或搭接干涉等问题，这是由误差积累、重定位误差导致。因此，在制件整改时还需注意法兰面的平行度公差（同一区域检测最大值减去最小值）及搭接面的开口宽度。

（1）法兰面的平行差。制件整改时不仅要保证检测值在公差范围，还要保证平行度公差小于0.5mm，才能保证制件的一致性及稳定性。

（2）搭接面的开口宽度。纵梁内部有众多的小零件与其搭接，以与制件两侧侧壁同时搭接的情况居多，对纵梁侧壁搭接面开口尺寸要求高。搭接面开口尺寸直接影响搭接间隙，不仅对应的搭接面、平行度公差要保证在公差范围，其开口宽度也需要控制在0~0.5mm，如图11所示。

图11 搭接面的开口宽度

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