780MPa超高强钢冲压工艺设计

产品分析

该车型的左/右门槛内板前段产品形状为典型的U形梁类件，如图1所示。

图1 零件图

该零件料厚1.6mm，材质为B400/780DP，材料参数如下：

表1 材料参数

牌 屈服强度/MPa抗拉强度/MPa断后伸长率/%

B400/780DP400～590780≥16

该件呈U形，左右件完全对称，两端开口棱线处约束回弹的形状很少，且B400/780DP材料的抗拉强度达到了780MPa，属于超高强度钢板，成形时两侧壁回弹难以控制。该件位于车身发动机舱总成与侧围总成连接处，搭接件较多，对面差、止口、孔的精度要求较高。

成形方式的确定

传统的成形方式

该件整体形状较为简单，采用落料后成形的成形方式。一般采取3次成形工艺（图2），落料后经两次成形加一次侧整回弹将产品成形到位后冲孔，共5序。

图2 传统的成形方式工序图

这种成形方式工序较多，需要5序才能完成，且回弹控制较困难，需要多轮调试才能将侧整的回弹补偿抓准。

优化后的成形方式

通过工艺改进将成形工序简化为2序（图3），落料后先将产品预成形成“W”形，然后侧整成形及侧整回弹将产品成形到位后冲孔，共4序。

图3 优化后的成形方式工序图

这种成形方式有以下优点：1)工序较少，4序即可完成；2)零件止口精度较易控制；3)棱线部位经过两次变形，产生两次加工硬化，棱线部位内部应力释放较多，侧壁回弹较好控制。

冲压工艺设计

根据以上优化后的成形方式，采取冲压工艺方案为：OP10落料→OP20成形→OP30侧整形成形→OP40冲孔侧冲孔。

左右件为对称件，且零件长度仅为400mm，采用左右件合模方式，且OP20有两处上翻成形，采用合模方式还可以消除翻边侧向力。

OP10落料工序设计

⑴ 坯料线展开。此件形状较为简单，使用AutoForm软件将产品做一次展开，即可得到产品的展开形状（图4），左右件为完全对称形状，可共用一副落料模。

图4 产品落料片形状

⑵ 排样。由于该件右上角部位伸出一个形状，单片落料材料利用率较低，因此采取一个毛坯落两片料的对排排样落料方式，将伸出形状的废料加以利用，搭边值取4mm（一般为2～2.5倍壁厚），此排样落料方式的材料利用率高达81.2%（图5）。

图5 落料排样图

OP20成形工序设计

该工序先将产品成形为“W”形状（图6），“W”形相对于产品成30°夹角，该形状为向下成形FO(down)，另该产品端头还有向上成形形状FO(up)，所以该工序需设计成上下双浮动成形，下托料芯采用机床气顶杆提供压力源，上压料芯采用氮气弹簧提供压力源。

图6 成形工序图及局部断面图

OP30侧整形工序设计

若采用正向整形工艺，回弹不好控制，现场回弹整改难度大，且产品侧壁角度较小，回弹补偿后易出现负角，正向整形无法完成负角的整形内容，而采用侧整形能完美解决这些问题。

由于该工序整形后产品会存在负角，导致整形后无法取件，故将这序冲压方向相对于上一序旋转5°，保证顺利取件。侧整形的角度应尽量与上一序成形后的侧壁垂直，这样可以保证侧整时刀块与料片同时接触，这里我们定为60°（图7）。

图7 侧整形工序图及局部断面图

OP40冲孔侧冲孔工序设计

侧整形完成后，产品形状稳定，且零件对孔精度要求较高，所有冲孔在该工序完成。与冲压方向平行孔采用正冲，侧面孔采用侧冲（图8）。

图8 冲孔侧冲孔工序图及局部断面图

CAE验证及回弹计算

OP20成形工序的CAE验证

由于材料抗拉强度达到了780MPa，内部应力较大，回弹较严重，但由于后序还有一序侧整形，该序回弹可暂不考虑，回弹在侧整形工序进行验证，该工序重点验证成形中的起皱及开裂。

采用AutoForm模拟软件分析，从计算结果看产品无开裂风险，局部有起皱趋势，在可接受范围内，该工序工艺造型设计可行（图9）。

图9 成形工序CAE结果图

OP30侧整形工序的CAE验证及回弹量的计算

该工序需验证两个方面，一方面验证成形性，有无开裂起皱风险；另一方面计算侧整形后产品的回弹量，为后续回弹补偿提供准确的数据。

从AutoForm模拟分析软件的计算结果（图10）看，产品无开裂风险，局部有起皱趋势，在可接受范围内，该工序工艺造型设计可行。

回弹的计算结果如图11所示。从结果看两侧壁及法兰回弹较大，最大约5mm，回弹从顶部棱线向外张。

图10 侧整形工序CAE结果图

图11 侧整形工序回弹分析CAE结果图

回弹补偿

根据以上计算的回弹值采用ThinkDesign软件制作回弹补偿造型，将回弹补偿造型应用到侧整形工序中，保证侧整形后能回弹到产品的状态。如图12所示。

图12 回弹补偿及回弹补偿断面图

实践验证

通过现场的加工、调试，零件成形性良好无开裂、起皱等缺陷，回弹量在公差范围之内，面差、止口、孔满足精度要求，装车状态良好，表明工艺方案可行，回弹补偿合理。图13所示是成形后的零件实物图。

图13 零件实物图

结束语

通过合理的选择成形方式和准确的CAE模拟分析，可以降低零件产生质量缺陷的风险，减少工序数量，降低模具开发成本，保证该零件的成形性及精度要求，零件回弹通过回弹补偿的优化也得到了有效的控制。