航空异型(形)冲压件回弹的原因分析及解决方法

黄福天刘洋

摘要：异型（形）的冲压成型是国防航空、航天单位生产中经常使用的加工方法，在航空、航天以及民用等领域应用也相当广泛。此次研究是选取工作中遇到的较为典型的某个零件为例子，结合生产中同一类型的问题进行分析研究，运用所学的专业知识和实际工作中学到的实践知识，正确地解决冲压模具设计中的工艺分析、工艺方案论证、工艺计算、模具结构设计。首先设计待研究的零件性能和使用要求，并对零件的结构、形状、尺寸、公差和采用的原材料进行全面的冲压工艺性分析，看其是否符合冲压工艺要求。结合板料成型时各变形区域的应力应变特点，以及零件成型后的回弹变形量，对该零件结构进行优化，使其具有良好的工艺性，并且能够利用最少的工序获得高质量的产品。

关键词：航空异型（形）件；冲压成型；回弹分析

1.冲压零件回弹的原因分析

钣金零件因凸模压力的作用而发生弯曲变形，同时还会发生塑性变形和弹性变形，在零件的弯曲过程结束后，塑性变形继续保持，但弹性变形会产生回复，从而使弯曲变形区域的内部因弹性回复而伸长，外部因弹性回复而缩短，进而导致了零件的弯曲半径和弯曲角度与零件的理论尺寸发生不一致，这种现象叫做弯曲回弹。在钣金成型过程中，只要有冲压或弯曲发生，其变形回弹就不可避免，它是伴随着零件成型而发生的一种必然情况。在钣金零件加工过程中,弯曲回弹是最普遍的缺陷,也是工艺中的一个技术难关。弯曲回弹会严重影响零件的加工尺寸精度和形状精度，在以往就是通过反复的修模、试模,甚至是通过反复地改变模具的工作尺寸来达到零件的加工要求,造成产品的生产效率低下、成本过高。

尤其是例如本论文所研究的情形，板料冲压成形是一种常用的加工工艺方法,组合较少的模具就能够加工多种零件,目前主要是用在人们日常生活的相关领域。钣金成形过程中主要的缺陷就是回弹,板料在卸载阶段会发生反向弹性变形,这是成形加工过程中的常态。钣金零件是用成型模具的冲压方式来实现的。当模具移开时，就会发生所谓的“变形回弹”：即部分材料趋向回复原状，造成外形偏离了最初的精确设计要求——回弹率（回弹量）。对于高弹性材料，这样的现象更为常见。有很多的技术方案都曾尝试解决这一问题，但是效果都不理想，一直没有一个能够完全解决“变形回弹”的办法。

本论文采用回弹补偿修正模具的方法来解决，利用CAD建模解决方案，它通过三坐标测量获取回弹数据的方法，具有针对模具曲面修改的特殊特征。来够满足曲面模型修改需要的技术，在需要对模具的曲面进行调整时，它会补偿由弹性恢复或其他变形过程引起的数据质量损失，诸如翘曲现象等。首先完成回弹分析，补偿工具就会将分析结果同CAD模型进行对比。如果两个模型不一致，它会计算补偿，并在此结果的基础上创建一个新的CAD模型。无论是在初始阶段还是在最后阶段，以及一流的曲面，曲面的质量和外形结构是一致的。

2.解决冲压件回弹的方法

2.1冲压件回弹的优化修正研究过程

经测量冲压后的零件发现，虽然所设计的模具满足冲压成型能的要求，但所冲压的零件尺寸并不完全符合设计图纸的要求。这时需要对回弹量进行测量，根据测量的结果对原先的模具型面进行修正，依据模具型面的修正数据制造新模具，并保持原冲压工艺参数不变的情况下进行冲压，再对冲压零件进行三坐标扫描测量。

在生产实际中,为了更好的控制零件的回弹,也许需要几次调整模具的设计尺寸，使修模时间增加和成本大幅度提高，但是该方法是比较实用的方法。由于其具有相当的可靠性,目前该方法依然在生产中广泛使用。

2.2冲压件回弹的模具修正

由于钣金冲压件的回弹多时由于凸模的尺寸引起的，所以对于回弹模具的修正也主要是对凸模进行修正，凹模基本不影响冲压件的回弹结果。该零件有其特殊性，两端有圆弧且圆弧半径不一致，一端是纯圆弧大R，另外一端是圆弧与直线相连，用较小的过渡，鉴于此，经过重新计算得出：

R10处的回弹角度Δα=4°；

R50处的回弹角度Δα=6°；

依据重新计算的回弹角度，用CAD绘制凸模工程图，并且将回弹处的角度放大显示，同时在所有圆角过渡的地方均增加一段5mm的直线段。

2.3模具修正、优化后的加工过程及加工工艺优化

为了进一步减小零件的回弹变形量，除了修正冲压模具外，经过试验比较发现，将原来的加工工艺做进一步优化也能够使零件的回弹变形更可控一些，优化前的工艺路线为：……→20弯曲（冲压）成型→25退火→30校正（压力机）→35校正（人工）→……试验发现该工艺路线的缺点是，冷板成型后回弹已经产生，然后再去热处理（退火），此时再进模具校正，很难校正已经产生的回弹。优化后的工艺路线为：……→20弯曲（冲压）成型→25校正（零件加热至650℃，弯曲模，要求零件在模具内稳定处理3～5min，两校正零件间隔时间3～5min，以便于使模具冷却）→30退火→35校正（钳工）→……，这样处理后的零件回弹明显减小，效果很好。

参考文献

[1]谢晖．基于CAE仿真的冲压凹弹影响因素研究．湖南大学学报，2003,30(5):29-34

[2]聂昕.板料冲压成形的回弹研究及其在工程上的应用.湖南大学.200922(5)：11-13

[3]赵东旭.冲压成形与回弹工艺优化.吉林大学.200723(7)：21-22.

作者简介：黄福天（1989.11—），男，黑龙江哈尔滨市人，研究生学历，中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，研究方向：冲压工艺；

刘洋（1986.05—），男，黑龙江佳木斯市人，研究生学历，中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，研究方向：机械加工。