大型薄板金属冲压件局部特征成形平面度控制方法.pdf
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1、模具工业 2021年第47卷第6期大型薄板金属冲压件局部特征成形平面度控制方法张成浩(成都宏明双新科技股份有限公司,四川 成都610091)摘要: 介绍了大型薄板钣金件成形后变形的分析与控制方法, 针对零件结构特征, 利用理论分析与试验验证并结合生产实际分析了变形的原因, 获得了合理的控制方法及成形工序和成形结构, 达到零件平面度要求, 取得良好的效果, 得到高质量的零件, 获得了经验数据。关键词: 大型薄板; 冲压; 局部特征; 平面度; 回弹控制; 有限元分析中图分类号: TG386.2文献标识码: B文章编号: 1001-2168 (2021) 06-0023-06DOI: 10.167
2、87/ki.1001-2168.dmi.2021.06.004Control method of local characteristic forming flatness oflarge sheet metal stamping partsZHANG Cheng-hao(Chengdu Homin Technology Co., Ltd., Chengdu, Sichuan 610091, China)Abstract: It focused on the analysis and control for the deformation after the large sheet metal
3、parts forming. In view of the product structure characteristics, using the theoretical analysis andtest, and combining with the actual production, the causes of deformation were analyzed, and a scientific and reasonable control method were put forward, and the forming process and formingstructure we
4、re obtained. It reached the technical requirements of product flatness, and realized thehigh quality products, and gained valuable experience data.Key words: large sheet; stamping; local feature; flatness; springback controlling; finite elementanalysis0引言通信、 家电、 电子类产品的箱体、 面板、 背板大多使用金属平板类冲压件, 其生产过程是薄
5、板冲压成形, 包含许多局部成形特征, 如凸包、 特征筋, 这些特征分布不均匀导致板料变形量集中在特征区域。对于这类复杂结构的平板类冲压件, 板料不均匀变形使得成形后应力分布不均匀, 零件存在变形、 平面度不良的问题, 表现为翘曲、 回弹、 扭曲等缺陷, 影响零件质量和装配精度, 延长了零件开发和制造周期。在热轧钢板、 冷轧钢板、 镀锌钢板、 PCM板材和铝合金板材、 不锈钢的冲压过程中, 板料局部特征成形导致的应力变化、 回弹变形是板料冲压成形的难点和重点。图 1 所示为某款 TV 背板, 材料为SECC N5, 料厚 0.8 mm, 尺寸为 1 441 mm820 mm,存在较多局部特征。图
6、1零件收稿日期: 2021-01-14。作者简介: 张成浩 (1971-) , 男 (汉族) , 河北石家庄人, 高级工程师, 主要从事材料成形工艺与模具技术工作。冲模技术23模具工业 2021年第47卷第6期零件技术要求: 长度公差:0.4 mm; 宽度公差:0.3 mm; 长度方向平面度: 2.5 mm; 宽度方向平面度: 1.5 mm; 零件不应存在翘曲、 扭曲。为解决零件成形后的翘曲、 变形、 平面度问题,需在模具设计过程中不断修改, 反复试模调整, 需要大量的试模时间, 浪费资源和材料, 延长零件的开发周期, 急需解决薄板金属因局部特征成形造成的扭曲、 平面度不良、 变形等问题。以下
7、从材料、 流动、 塑性变形、 弹性变形等方面提出应用于金属薄板局部特征成形的工艺方法。1材料特性所述零件材料为无铬钝化电镀锌耐指纹板SECC N5, 采用无铬钝化涂覆耐指纹膜技术, 涂镀层均匀、 致密, 表面平滑, 有良好的耐指纹效果。基材为优质冷轧板, 具有优良的强度和压延性能, 能满足生产的冲压要求, 其成分参数如表1所示, 力学性能参数如表2所示。2局部特征成形翘曲分析冲压成形是依靠压力机和模具对板材施加外力使之产生塑性变形的过程, 当外载荷作用于板材表面时, 受力表面的介质质点因变形打破了初始平衡, 与其相邻介质质点发生了相对运动, 介质质点之间施加作用力 (应力) 与反作用力, 并在
8、冲压成形过程中进行应力传播, 最终发生塑性变形。(1) 材料变形的非均匀性。零件包含较多局部的拉深特征, 这些特征包括圆形凸起、 矩形凸起及异形组合凸起。凸起的成形主要依靠板料变薄来实现, 整个板料不同区域的变形量不一致导致应力不一致。(2) 变形速度、 变形量的差异。板料不同凸起在成形过程中的流动速度不相同, 但板料作为连续整体, 位移场呈现连续性, 不存在断点。因此这种流动速度的不均匀性也会对成形后的板料质量产生影响。(3) 应力分布不均匀。由于凸起位置分布不均匀造成应力不均匀或应力不能相互抵消, 随着成形结束, 模具卸载后, 原来与模具载荷相平衡的残余应力被局部释放, 且局部残余应力的释
9、放程度不同。3解决平面度不良的对策金属板材局部变形引起内部的应力传递与材料流动不均匀造成残余应力的非均匀性, 且模具卸载后与模具载荷平衡的残余应力释放造成成形零件翘曲变形。(1) 设置合理的拉深筋。通过布置拉深筋与能合理分配压料面材料的进料阻力, 通过拉深力调整材料流动的速度, 有效改变材料的流动方向与应力分布, 使零件内部的应力分布更均匀, 材料局部成形更充分, 有效控制零件成形后的回弹和翘曲。(2) 成形特征反向回压。通过反向回压可以使凸起产生反方向的变形, 对大平面部分产生压应力, 使应力在原来的基础上重新分布, 抵消原来凸起周围表面上分布的部分残余拉应力, 改善残余应力分布不均匀的状况
10、, 减小翘曲回弹。 凸包反压引起凸包反方向作用力, 抵消部分凸包周围原有残余应力, 这种抵消作用取决于反压尺寸, 选择合理的反向回压量可以使板料平面内的应力分布最大程度的均匀化。图2所示为反向回压的效果对比, 反方向回压量为凸包拉深高度的5%。(3) 抑制凸包周边材料流动。由于成形特征不均匀分布会造成成形过程中板料平面内材料不均匀流动, 这是产生回弹的重要原因。抑制成形特征区域的材料流动使成形特征区域变形更充分, 阻止或减弱成形特征区域应力向无成形特征的平面部分传递, 减少平面部分上材料的不均匀流动, 减小零件翘曲回弹。图3所示为凸包有拉深筋与无拉深筋成形回弹模拟, 在仿真模型凸边缘设置0.3
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