板料沖壓成形是一種十分重要的金屬塑性成形方法，廣泛應用于航空航天、汽車機車、電機電器、食品包裝、日用五金、建筑、包裝等工業(yè)領域。

　　在實際的沖壓生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的各種成形缺陷，嚴重影響了沖壓件的幾何精度、機械性能以及表面質(zhì)量。由于與沖壓成形質(zhì)量相關的工藝參數(shù)眾多，且各因素之間又相互關聯(lián)，這對現(xiàn)場的模具工程師修模、試模帶來了極大的困難和挑戰(zhàn)。本文將對沖壓成形過程中常見的三種質(zhì)量缺陷：破裂、起皺和回彈現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進行分析，并分別介紹了一般的解決辦法，只有找準病根，對癥下藥，才能不至于盲目修模，費時費財。

一、破裂

　　板材變薄是板材拉伸導致的結(jié)果，從工程實際的角度來看，板料的厚度減少4 %～20 %，一般都是可以接受的，然而，若減薄的太多，則不僅將削弱零件的剛度，嚴重者，甚至直接導致板料破裂，淪為廢品，因此，破裂現(xiàn)象是嚴重影響沖壓成形件質(zhì)量的重要缺陷之一。

　　我們知道，在材料拉伸試驗中，隨著變形的不斷加深，材料的承載面積不斷縮減，同時其硬化效應也不斷增強，當硬化效應的增加能夠補償承載面積的縮減時，變形是穩(wěn)定的；當越過某一極限值以后，材料將首先在承載能力最薄弱的位置發(fā)生頸縮，最終被拉斷。對于板料來講，材料變形的過程與拉伸實驗是基本相同的，當應變超過某一極限值的時候?qū)⒁鸢宀钠屏选?/p>

　　根據(jù)破裂程度的不同，可將破裂分為微觀破裂和宏觀破裂兩種情況。微觀破裂指在板料中產(chǎn)生肉眼難以看清的裂紋，盡管裂紋深度很淺，但其實一部分材料已然失效。宏觀破裂是指板料中出現(xiàn)了肉眼可見的裂紋和斷裂。金屬加工微信，內(nèi)容不錯，值得關注。宏觀破裂通常主要由薄板平面內(nèi)的過度拉脹所造成的，而微觀破裂既可由單純的拉脹引起，也可由單純的彎曲引起，無論是微觀破裂還是宏觀破裂歸根結(jié)底都是由于材料局部拉應變過大所致。

　　破裂產(chǎn)生的場合一般有：深沖工藝中小半徑區(qū)域、凸模圓角處、側(cè)壁中心以及材料通過拉延筋進入凹模導致流動受阻的區(qū)域。

　　由于破裂是由局部區(qū)域的應變超出其極限值而導致的，因此，消除破裂現(xiàn)象應當遵循原則就是改變法向接觸力和切向摩擦力的分布，以降低破裂區(qū)域的拉應變值，工程上的做法一般有：

1、選擇合理的坯料尺寸和形狀

在板料成形過程中坯料的尺寸、形狀會影響最終的成形質(zhì)量，比如在拉伸方筒時，首先采用方形坯料進行拉伸，如果出現(xiàn)破裂，可對坯料四個角進行適當大小的切角處理，則可消除破裂。

2、增加輔助工序（改變產(chǎn)品圓弧或斜度，增加整形或工藝切口）

在滿足零件功能要求的前提下，適當增大模具圓角或減小斜度可以減小材料在成形過程中的流動阻力，從而避免破裂。在板材適當?shù)牟课粵_切工藝切口，使容易破裂的區(qū)域從相鄰區(qū)域里得到材料補充，以改善該區(qū)域的變形情況，同樣也可以避免破裂的產(chǎn)生。

3、調(diào)整拉延筋參數(shù)或壓邊力

使用拉延筋雖然可以防止凸緣部位產(chǎn)生褶皺，但其副作用就是增加了材料進入凹模的流動阻力，因此，不適當?shù)睦咏顓?shù)可能會導致流動阻力過大，致使板材拉裂。

4、改善潤滑條件

沖壓成形質(zhì)量與潤滑劑的關系極為重要，不良的潤滑條件或潤滑劑選擇不當都有可能導致板材拉裂。

二、起皺

　　起皺也是沖壓成形過程中一種典型的質(zhì)量缺陷，直接影響產(chǎn)品表面質(zhì)量，像國內(nèi)的汽車外觀覆蓋件成形質(zhì)量差，很重要的一個原因就是起皺問題；更為嚴重的，有時還會出現(xiàn)起皺再被模具熨平現(xiàn)象，損傷工件甚至劃傷模具，給生產(chǎn)帶來極大的損失。

　　起皺產(chǎn)生原因與破裂產(chǎn)生原因相反，是由于局部壓應力過大引起板料厚度方向的失穩(wěn)所致。這種失穩(wěn)形式稱為壓縮失穩(wěn)。起皺發(fā)生時，皺紋的走向與壓應力垂直，但不能簡單認為任何起皺都是壓應力引起的。

　　在板料沖壓成形時產(chǎn)生的起皺是各種各樣的，按產(chǎn)生原因不同可分為材料堆積起皺和失穩(wěn)起皺，材料堆積起皺是由于進入凹模腔內(nèi)的材料過多而導致的起皺；而失穩(wěn)起皺則是指由于板料厚度方向的約束力弱的壓縮凸緣失穩(wěn)和在不均勻的拉伸部位失穩(wěn)而產(chǎn)生的皺紋。起皺雖然不像拉裂那樣削弱零件的強度和剛度，但它影響零件的精度和美觀。如果在中間工序發(fā)生起皺還可能影響下一道工序的正常進行。

　　材料局部壓應力過大時容易導致起皺，特別是當材料處于拉-壓兩種應力狀態(tài)作用下的時候，因此消除起皺的處理原則是準確預測材料的流動情況并增加起皺處的法向接觸力，工程上的做法一般有：

1、增大壓邊力

壓邊力可增加材料進入凹模的流動阻力，可以緩解凸緣邊緣的起皺現(xiàn)象。

2、增加拉深筋數(shù)量或者增加高度

拉延筋分圓筋、方筋、拉延欄，進料阻力依次增大，使用何種拉延筋需要從多方面進行考慮，如制件拉延深度、材料性能、產(chǎn)品形狀等。合理的設置拉延筋，科學控制進料阻力，改變材料內(nèi)部應力狀態(tài)，調(diào)整材料流動方向，可以有效地改善起皺缺陷。

3、修改產(chǎn)品和模具形狀以吸收多余材料

附表：板材沖壓成形缺陷及解決辦法

三、回彈

板料回彈是指在沖壓成形過程中，當外載荷去除后，由于材料的彈性恢復而使其形狀和尺寸發(fā)生與加載時變形方向相反的變化的一種現(xiàn)象。回彈是板料成形過程特別是彎曲成形過程中不可避免的一種成形缺陷。

板料的回彈嚴重影響了成形件的形狀和尺寸精度，尤其是近年來，隨著高強度鋼板的廣泛使用，使得回彈現(xiàn)象越來越受到人們的關注。由于高的屈服強度和抗拉強度，使得高強度板料具有更大的剛性和硬度，并在常溫下卸載后表現(xiàn)出更為明顯的回彈現(xiàn)象。

我們知道，板料在外載荷作用下發(fā)生的任何一種塑性變形，其變形都是由塑性變形和彈性變形兩部分所組成的。當外載荷去除時，塑性變形區(qū)的材料保存殘余變形而使得零件成形，而彈性變形區(qū)域的彈性變形將恢復，產(chǎn)生回彈。

對回彈現(xiàn)象的深入分析后，使我們了解到，產(chǎn)生回彈現(xiàn)象的主要原因是由于板料各部分材料變形狀態(tài)不同步，經(jīng)常出現(xiàn)的是一部分材料處于彈性變形階段，而另外一部分材料則已進入塑形變形階段，當模具卸載后，各部分材料都需要進行彈性恢復，這就導致，板料在厚度方向或面內(nèi)方向上的殘余應力分布不均勻，最終發(fā)生回彈。

下面，我們以板料的純彎曲變形過程中的應力狀態(tài)為例，分析回彈現(xiàn)象的力學機理。

板料在受到彎曲力矩M的作用下，在遠離凸模的外層金屬AB側(cè)，應力狀態(tài)為單向受拉，而靠近凸模的內(nèi)層金屬CD側(cè)的應力狀態(tài)為單向受壓，從板料內(nèi)外邊緣到板料中心，金屬材料的拉伸和壓縮變形程度逐漸減小，直至中性層。當彎矩M逐漸增大，彎曲變形程度也會逐漸增大。在這種情況下各層材料會從彈性變形慢慢向塑性變形轉(zhuǎn)變。一般可以劃分三個階段來描述該過程：

1、彈性變形階段

當彎曲力矩M數(shù)值還不夠大時，變形區(qū)域內(nèi)外層金屬上的應力小于材料的屈服強度，板料內(nèi)部處于彈性變形階段。沿板料厚度方向，應力中性層兩邊分別為拉伸變形區(qū)和壓縮變形區(qū)，此時的應力狀態(tài)近似為線形。

2、彈塑性變形階段

當彎曲力矩M較大時，變形區(qū)域內(nèi)外邊緣的金屬率先達到并超過材料的屈服強度極限，并從彈性變形階段過渡到了塑性變形階段，而后，塑性變形從內(nèi)、外表面金屬層向著中性層逐漸擴展。

3、純塑性變形階段

彎曲力矩M的數(shù)值再繼續(xù)增大，使得板料的彎曲半徑很小，變形程度很大，因此，可以近似地認為塑性變形已經(jīng)擴展到整個材料的橫截面了，材料也因此進入彎曲變形的第三個階段，純塑性變形階段。

板料在受到彎曲力矩M的作用后卸載，如果板料在M的作用下只是發(fā)生彈性變形，那么卸載后彈性變形將完全恢復，板料形狀也將恢復如初，如果板料在M的作用下發(fā)生了彈塑性變形或純塑性變形，那么變形中的彈性部分仍將恢復，塑性部分被保留下來，具體的力學狀態(tài)如下：

板料發(fā)生彈塑性變形時截面上的切向應力分布如下圖a所示。卸載的過程可以假想為對板料施加一個彈性彎曲力矩，如下圖b所示。彎曲力矩M和假想的彈性彎曲力矩在板料截面內(nèi)的合成應力，即為彎曲件卸載后，自由狀態(tài)下截面內(nèi)的殘余應力，其在變形區(qū)截面內(nèi)由內(nèi)至外按照拉、壓、拉、壓的順序變化，如下圖c所示（為觀察方便而將板料同一部位的三組應力并列在一張圖中，并不表示此時的板料為平直狀態(tài)）。

同樣的，純塑性彎曲變形卸載時，板料截面內(nèi)切向應力的變化如下圖a、b、c所示：

無論是彈塑性彎曲卸載過程，還是純塑性彎曲卸載過程，最后在板料變形區(qū)域都有殘余應力，這是由于板料在彎曲過程中，變形區(qū)各層金屬纖維在切向上的變形不均勻，而引起的附加應力在卸載后殘留在截面內(nèi)造成的。

上文闡述的是板料在承受彎曲力矩作用和卸載后在厚度方向上的應力狀態(tài)，其實，不僅在厚度方向，在板料的平面方向同樣也會產(chǎn)生應力分布不均的情況，基于此，可將回彈現(xiàn)象歸納為如下幾種類型：

影響板料回彈量的影響因素有很多,比如材料本身的力學性能、模具圓角及凹凸模間隙、壓邊力等等,對于板料成形工藝設計人員來說，減小回彈現(xiàn)象造成的工件幾何誤差,比較容易實現(xiàn)的方法是通過調(diào)整工藝參數(shù)來減少工件的回彈量,使工件的幾何尺寸滿足設計要求。

1、材料性能

材料的彈性模量越小,屈服極限越高,加工硬化現(xiàn)象越嚴重(n值大),彎曲變形的回彈量也越大，高強度鋼板、鋁合金鋼板的回彈量較普通鋼板要大。

圖片

2、相對彎曲半徑

相對彎曲半徑指的是板料彎曲時的彎曲半徑與料厚之比。當相對彎曲半徑減小時,彎曲板料外表面上的總切向變形程度增大,其中塑性變形和彈性彎曲成份也都同時增大,但在總應變中彈性變形所占比例卻減小,因此回彈也減小；與此相反,當相對彎曲半徑增大時,由于彈性變形在總變形所占的比例增大,回彈也就增大了。

3、凹凸模間隙

對于回彈問題來說,沖壓模具的凹凸模間的間隙對彎曲件的回彈及表面質(zhì)量有影響。間隙愈小,則回彈角也愈小，間隙愈大,則回彈角也愈大。但如果間隙過小時，會使工件的表面擦傷或厚度變薄；而當間隙小于料厚時,工件則可能產(chǎn)生負回彈。

4、沖程

沖程的大小也影響到板料在沖壓成形過程中的應力狀態(tài)。對于淺拉伸件而言,沖程較小,彎曲應力的影響較拉伸應力的影響大,因此回彈的趨勢較為明顯;對于深拉伸件而言,沖程較大,沖壓過程中拉伸應力使得板料上下表面形成雙向拉伸狀態(tài),回彈趨勢被抵消了一部分,回彈量較小。

5、壓邊力

增大壓邊力可以減小板料的回彈量,但增大壓邊力是以零件無其他成形缺陷為前提。通常可以通過增加壓邊力或者設置拉延筋來加大壓邊力。二手沖床回收

6、摩擦系數(shù)

彎曲板料表面和模具表面之間的摩擦可以改變彎曲板料各部分的應力狀態(tài)。一般認為摩擦可以增大變形區(qū)的拉應力,可以使零件形狀接近于模具形狀,從而減小板料沖壓的回彈量。