世界钢铁协会下属的汽车用钢项目世界汽车钢联盟于2018年1月10日启动了“先进高强钢剖析”宣传活动。本次活动以短文的形式为汽车设计工程师提供全面剖析如何利用先进高强钢实现汽车应用。 轻量化，内容主要提取《先进高强钢应用指南6.0》精髓，由特邀专家嘉宾撰写。 本文为专题系列的第28篇，介绍回弹处理：侧壁卷边问题。 在这篇博文中，我们的应用工程师描述了被称为“侧壁卷曲”的回弹现象的原因，如何通过模拟整个生产过程来尽早识别冲压面板上的回弹现象高强度钢材的弹性模量，以及如何在试用前排除故障。 对策。
侧壁卷曲问题是金属板材冲压过程中常见的现象，通常出现在拉伸板材的侧壁上。 这种变形可能导致尺寸变化，给装配操作带来挑战，影响生产效率和后续零件质量。 当然，您必须提前确定侧壁的卷曲度，以消除以后可能出现的严重问题。 识别胎侧卷曲的最简单方法是寻找胎侧或凸缘区域中任何逐渐的角度变化，如下图 1 所示。
图 1：可见的侧壁卷曲 - 面板 B
一旦面板从工具中出来，就会出现侧壁卷曲的问题，它可以“自由”弹回。 它发生在应变分布不均匀的区域。
为了更好地理解胎侧卷曲问题，深入研究所有回弹现象的原因和影响非常重要。
通常，金属材料的弹性恢复效应是由于成形力移除（工具打开）或拉伸板被修剪后残留的残余应力造成的。
在钣金冲压过程中，板件常用部位可施加的应力主要有三种：膜应力、纯弯曲应力和叠加弯曲应力。
1、膜应力：当试样沿其厚度方向均匀拉伸超过弹性极限（屈服点）然后松弛时发生； 应力和弹性应变均得到完全释放。 最终保留在材料中的弹性应变导致样本回弹。
在图2的示意图中，力F施加在试样上的应力沿厚度s0产生均匀的应力。 当力移除时，样本通过弹性应变 εel 反弹。 定量地讲，弹性恢复与施加的应力 σ 成正比，与杨氏模量 E 成反比。
图 2：拉伸测试期间施加的典型膜应力
2、纯弯曲应力：通常发生在金属板超过一定半径时（例如翻边时雨刷柱的半径）。 在这种情况下，金属板的外层和内层之间的应力和应变存在较大差异。
假设我们进行翻边操作，如图 3 所示。如果我们观察沿板材厚度方向的应力和相对应变高强度钢材的弹性模量，我们可以看到，当外部内部零件处于应力应变曲线的整形区域。 中性部分； 内层处于压缩状态（负应变），外层处于正应变状态。
图 3：纯弯曲载荷下的弹塑性零件
弹性部分中的厚度层试图恢复到其原始长度，但由于塑性变形部分，它们无法完全恢复其原始形状，因此金属板的最终位置是这两个力矩的平衡结果。 弹性释放扭矩是导致法兰以一定角度或距离回弹的原因，如图 3 所示。
3.叠加弯曲应力：当材料同时拉伸和卷曲一定半径时发生。 由于拉伸，内层和外层的应变差别不大，如果拉伸足够，它们的方向相同（都是应变）。 因此，当弹性应力释放时，残余应力减小且更加均匀。 在这种情况下，回弹更加稳定，产生的尺寸偏差也更小（见图4）。
图4：叠加弯曲应力
这些情况表明回弹是由层之间的应变偏差引起的。 由此产生的侧壁卷曲不仅是材料厚度应变变化的结果，也是沿侧壁长度同时变化的结果。 侧壁卷曲问题也可以被认为是回弹变形的一种形式，当金属板被拉过模具半径或拉延筋时，由于连续和不连续的卷曲而发生这种情况。 某些材料，例如 AHSS（因为其高拉伸强度）和铝合金（因为其杨氏模量低）通常会表现出更多的回弹和侧壁卷曲问题。
为什么要认真对待胎侧卷曲？
回扣很难避免，但有一些技术可以最大限度地减少其负面影响。 分析先进高强度钢主题系列的其他博客文章中描述了使用省道和珠子来锁定残余应力以生产尺寸精确的面板。 此外，通过与有效工具变形相结合的策略，可以补偿回弹，以便在严格的公差范围内有目的地生产尺寸精确的面板。 然而，侧壁卷曲很难通过变形补偿来修复，这使得生产尺寸精确的面板几乎不可能实现。 因此，在加工刀具之前通过消除侧壁卷曲来补偿工程中的回弹变得极其重要。
通过使用PTFE等模拟软件，可以检查回弹和侧壁卷曲的风险。 回弹是金属板层中应力差异的结果，较大的差异会导致侧壁卷曲增加。 评估正确方向上的压接力矩：如果临界半径垂直于轧制方向，则必须考虑横向特性。
在模拟过程中，事实证明，设计和工艺的改变解决了回弹和侧壁卷曲问题，使其成为一种具有成本效益的方法，应纳入零件开发过程。
不同材料和板厚的影响
不同等级的材料在所有成型条件下表现不同。 高强度钢材意味着更高的成型吨位，从而导致面板的顶层和底层之间的差异更大。 反过来，这也会导致更大的回弹，并且在某些情况下，还会导致更大的侧壁卷曲。 增加厚度通常会减少回弹和卷曲。
上面显示的相同梁板用于研究不同材料和厚度对侧壁卷曲的影响。 图5显示了厚度为1.6毫米的五种不同材料（从低碳钢到高强度钢（包括铝））对胎侧卷曲的影响。
图5：不同材料的回弹比较
DP600 还测试了 2.0mm 和 2.5mm 的较厚规格，以研究厚度对胎侧卷曲的影响。 含有 5XXX 系列的铝合金显示出回弹增加，这与汽车铝合金的杨氏模量（弹性模量）特性显着降低有关。
回弹并不总是得到完全补偿； 诸如侧壁卷曲、铸板凹陷、大量回弹和缺乏坚固性（可重复性）等问题需要通过工艺和/或产品改进来解决。 尽早意识到任何此类问题的可能性非常重要。 越早提高认识，找到适当对策的机会就越大。
等待试验中解决回弹和侧壁卷曲问题是一个糟糕的策略。 通过模拟整个过程来深入研究回弹现象和相关条件，可以更好地理解潜在的回弹相关挑战。 越早发现潜在问题，成功部署适当对策的机会就越大。
应用工程师
先生积极与客户合作，利用仿真软件开发满足特定要求的冲压模具，支持客户提出问题并解决模具制造、热成型、液压成型和回弹方面的问题。 先生拥有那格波尔大学机械工程学士学位和密苏里哥伦比亚大学机械工程硕士学位。
编者注：
