上汽通用五菱：汽车覆盖件回弹控制研究

汽车覆盖件冲压成形过程中，通常伴随制件的回弹，尤其在弯曲和拉深工艺中回弹现象更为明显。回弹降低了制件的尺寸精度和形状精度，不利于后续工艺的装配，降低整车的静态感知质量。

针对板料的回弹，目前主要从以下2个方面进行控制：一是冲压工艺控制，通过制定合理的成形工艺，使板料成形时应力应变状态分布均匀，降低回弹量；二是采用有限元软件模拟板料成形过程的回弹量，通过修正模具零件型面或模具结构进行补偿，使板料卸载后的形状与制件数模相符。冲压件生产过程中，通常采用两者结合的方式对板料回弹进行优化与控制。

回弹产生机理

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图1 某车型侧围轮罩处回弹

汽车覆盖件的冲压成形是基于板料的塑性变形，主要体现在板料的应力与应变特性中。当板料拉深结束时，板料厚度方向存在残余应力，模具闭合时，这些残余应力与模具的作用力相平衡；当成形零件脱模时，残余应力释放引起板料回弹，使板料的形状与制件数模存在偏差，卸载后的回弹现象表现为板料的曲率变化及角度变化。某车型侧围轮罩处的回弹在检具上的缺陷如图1所示，轮罩处法兰边的检具测量要求间隙值为（3±0.5）mm，实测值为6.3mm，超差3mm，易造成与内板件拼焊时出现错边或虚焊等现象，影响整车焊装质量。

回弹影响因素

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引起汽车覆盖件冲压成形回弹的因素主要有板料的力学性能、压边力、凸凹模间隙及拉深筋形状等。

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板料力学性能

图2 板料力学性能与回弹关系

白车身由不同强度等级的冲压件焊装形成，不同型号的板料具有不同的力学性能。板料的弹性模量越低、屈服强度越高，加工硬化越严重，回弹现象越明显，如图2所示，图2中εp为弹性变形量，εe为塑性变形量。此外，板料厚度对板料的回弹有很大影响，随着板料厚度的增加，参与塑性变形的材料增加，进而弹性回复变形增加，回弹量减小。

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压边力

拉深过程中，压边力大小可调整板料的流动速度，改善板料内部应力分布。压边力的增加使制件法兰边金属流动阻力增大，使板料在拉深成形过程中塑性变形更充分，板料内外应力差减少，进而使板料的回弹量减少。

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凸凹模间隙

凸凹模间隙越小，板料回弹量越小。冲压成形过程中，较小的凸凹模间隙对板料的约束较强，制件内部的塑性变形增加，卸载后制件回弹量减小。此外，成形过程中模具零件与板料的摩擦阻力越大，回弹量越小。由于板料成形阻力增大，变形区的拉应力增大，使板料内板表面的应力状态趋于一致。

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拉深筋

拉深筋用于控制板料流动速度的大小与方向，合理布置的拉深筋对制件的回弹具有明显抑制作用。拉深筋的阻碍作用增加了板料的流动阻力，使拉深变形更充分，在易产生回弹的弯曲角部，压应力区域向拉应力区域转移，从而减少回弹。

冲压件回弹控制方法

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图3 某车型翼子板回弹现象

抑制或消除冲压件回弹，应从制件设计及模具开发阶段着手。借助板料成形模拟技术预测回弹量的大小，对制件造型和工艺进行优化，并利用制件形状、成形工艺等进行补偿。在模具调试阶段，严格按照工艺分析进行试模，某车型翼子板后部上方存在回弹现象（见图3），回弹量超差2~2.5 mm，制件的尺寸合格率为88.2%，严重影响整车的匹配一致性及静态感知质量。结合上述冲压件回弹影响因素，从变压边力及成形回弹补偿的角度出发，分析冲压件的回弹控制方法。

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变压边力工艺

图4 拉深模改进结构简图

1.凹模 2.板料 3.压边圈 4.凸模

在拉深成形过程中采用变压边力工艺抑制冲压件的回弹，即在成形前期采用较小的压边力以保证板料顺利流入凹模，在成形后期采用大压边力以增大板料的流动阻力，使侧壁部位板料的内外残余应力分布发生转移，制件在成形过程中内外层变形应力方向一致，板料由弹塑性变形转变为纯塑性变形。变压边力工艺可通过拉深模的局部结构改进实现，如图4所示。在凹模1上设置拉深筋，拉深凹槽设置在压边圈3上；在凸模4上也设置拉深筋，对应凹槽设置在凹模上，且凸筋与凸模制成一体，提高模具零件的刚性及稳定性。该结构的特点在于拉深前期只有拉深筋对进料阻力进行控制，避免拉深件开裂；成形后期，拉深筋对成形阻力进行控制，增大板料流入凹模的阻力，使板料塑性变形更充分。此外，为增加板料成形的充分性，对拉深筋槽结构进行改进，将原半圆筋研配成半方筋形式（见图5），优化进料阻力。

图5 拉深筋改进

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型面回弹补偿技术

随着板料成形模拟技术的完善，采用计算机对板料成形过程进行数值仿真，预测板料成形后的回弹变形量并进行回弹补偿。针对翼子板回弹问题，现采用AutoForm模拟其拉深成形及预测回弹量，并根据回弹量大小对拉深模零件型面进行几何修正，回弹补偿流程如图6所示。

图6 回弹补偿流程

图7 补偿前CAE分析结果

经软件的成形模拟及回弹分析计算，翼子板回弹如图7所示。由图7可知，翼子板与前门总成搭接处的回弹量最大值为-0.425 mm，回弹量大小及分布情况与检具测量状态一致。在仿真分析基础上，制定了在制件特征拐角处分别进行3°和1°修正的措施，对拉深工序进行型面补偿（见图8）。

图8 型面回弹补偿措施

图9 补偿后CAE分析结果

补偿后的CAE回弹分析结果如图9 所示，由图9可知，采用型面补偿后该区域回弹量最大值为-0.304 mm，仿真结果表明回弹量改善了0.121mm。采用上述措施实施修模后，实际生产时单件的测量值符合检具公差要求，回弹现象消除（见图10），制件尺寸合格率由88.2%提升至92.6%，模具零件型面回弹补偿措施有效。

图10 回弹现象消除

▍原文作者：韦荣发，张莹，蒙世瑛，石峰，麦育智

▍作者单位：上汽通用五菱汽车股份有限公司

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