汽车后地板回弹分析与控制方法
随着汽车行业的迅速发展，客户对汽车各方面性能要求也随之增高，后地板为大型内板结构件，前部连接前地板，后部连接后纵梁，两侧与侧围总成连接，若是尺寸精度不达标，使得后续自动化匹配尺寸超差，累计公差将导致车身偏离设计标准，影响装配质量甚至整车安全性能。但像后地板这样造型复杂，尺寸精度要求较高的大型内板件中回弹一直以来都是行业中的难题。汽车后地板冲压成形基于板料的塑性变形，主要体现在材料的应力与应变。板料拉深或者翻整后板料厚度方向存在残余应力，成形零件与凸模脱离时，残余应力释放使制件回弹，导致制件形状偏离设计数模，脱模后表现为弯角变化和曲率变化。某款车型后地板材质为LX260LAD+Z100MB，料厚0.7mm，尺寸1550mm×1775.2mm，屈服强度大于220MPa，属于大型普通高强度板，屈服强度越高，回弹现象越明显，降低冲压件尺寸匹配精度，特别是在拉延和翻边工序回弹尤为突出。
问题现状
图1 为某款汽车后地板样图，同时优化后地板座椅位置和备胎侧壁位置时出现回弹缺陷。后地板调试期间，座椅位置和备胎侧壁翻边位置尺寸超差，导致焊装自动化装配叠料与拼焊时出现错位等现象，影响装配精度及生产效率。通过CAE 软件模拟分析座椅位置翻边回弹楔形量，如图2 所示，楔形量达1.8mm，备胎侧壁回弹量达1mm。该后地板工艺复杂，成形一个合格件需要7 序模具完成，分别是OP10 落料→OP20 拉延→OP30二次拉延→OP40 修冲→OP50 修冲整→OP60 翻整→OP70 整冲。
图1 汽车后地板样图
图2 拉延模拟楔形量图
回弹原因分析
回弹是金属材料的固有特性，直接影响冲压制件的尺寸精度和最终形状。导致制件回弹的原因主要有模具拉延筋分布、拉深圆角、相对弯曲半径、压边力、板料机械性能等。
拉延筋分布
拉延筋合理分布增加板料的流动阻力，控制板料的流入量及流动方向，使各部位主次应变均匀且拉深成形充分，使回弹区压应力向拉应力转移越多，回弹越小。部分回弹区可设置局部拉延筋使其局部走料均衡，从而控制回弹。
拉深R 角
拉深R 角和拉延深度对回弹的影响与拔模角相同，凸凹模R 角越大，减小了对制件的径向约束力，制件塑性变形成分减少，脱模后回弹越大。拉深深度越大，回弹越大。
相对弯曲半径
板料变形程度的大小可以通过相对弯曲半径反映，回弹值与相对弯曲半径成正比，r/t 越小，弯曲的变形程度越大，塑性变形在总变形中所占比重越大，因此卸载后回弹随相对弯曲半径的减小而减小，因而回弹越小。
压边力
在成形过程中，压边力可以调整进料流动速度，改善板料内部应力分布，压边力越大，板料流动阻力越大，拉深成形越充分，降低板料内、外应力差，从而抑制制件回弹。
板料机械性能与厚度
板料的机械性能也对制件回弹有很大影响，屈服强度、硬化指数越小，板料回弹量越小。另外随着板料厚度的增加，参与塑性变形的材料增加，弹性变形减少，可通过前期模具设计和后期工艺调试的回弹补偿来控制制件回弹。
优化备胎侧壁回弹
备胎区侧壁翻边属于直线段翻边，此位置经翻边整形工序后板料金属应力变化较大且不均匀，整体回弹变大。
拉延序工艺调整
此后地板形状复杂，深度过深，成形面积大，一次无法完成成形需求，所以工艺上存在二次拉延。由于后地板备胎侧壁位置形状独特，尝试在OP30 二次拉延序成形凸模加高1.5mm(图3 所示蓝线区域)，增大备胎侧壁板料成形时料流动阻力，加大备胎侧壁区域的塑性变形程度，使板料充分撑展，残余应力发生转移，使其成形更充分，应力分布更均匀，从而减小回弹。
图3 工艺补充示意图
翻边序工艺调整
备胎侧壁为直线段翻边(图4)，翻边时内、外侧应力差不大，翻边过程中回弹量相对较均匀，可通过减小成形凸模R 角，使板料成形阻力增大，增加疲劳强度，让板料成形切向力大于回弹应力，塑性变形更充分，从而减小回弹量。
图4 OP60 工艺平面图
图5 左右耳单件测量报告图
优化座椅两侧左右耳回弹
座椅两侧翻边属于弧线段翻边，翻边时板料外侧受拉应力，内侧受压应力，也是属于压缩类翻边，内部受到挤压内应力增大，翻边回弹变大。缺陷位置单件测量报告楔形量为1.8 ～2.2mm，见图5。
翻边序结构调整
座椅两侧位置回弹则考虑增加侧翻机构使压料面和法兰边均压料成形，但是结构复杂，制造成本、调试要求较高。从OP60 结构平面图分析(图6)，此序为上下翻边整形模，没有足够空间布置侧翻机构，故不考虑在此序做模具结构工艺更改。
图6 OP60 结构平面图
针对OP70 增加侧翻机构进行分析。红色框区域为侧翻机构的布置空间(图7、图8)。此结构采用法兰边压料整形，对板料有一定的约束力，翻边成形质量高，稳定性好。但增加侧翻机构，需要取消部分压料板的锥形平衡块和个别顶杆来提供安装空间，极大影响OP70 整体模具精度和强度。而且左右两侧导板无安装空间，压料板需重新铸造。从侧翻机构的简易示意图(图9)得出上模座和压料板需大面积挖空，安装侧翻机构。此法兰边压料整形工艺为负角整形，无法保证自动化生产机械手抓取件的稳定性。
图7 OP70 压料板三维图
图8 OP70 上模三维图
图9 侧翻机构简易示意图
综上讨论，OP70 无空间增加侧翻机构，且风险非常大，故此方案无可行性。
整形序工艺调整
据后地板每个工序成形和功能分布分析，座椅左右耳区在OP60 最终翻整，OP70 座椅左右耳区只起承接制件作用属于非功能区，尝试在此位置增加整形工艺(图10)，使得左右耳区域产生负回弹补偿，在脱模后制件产生回弹时，通过负回弹与回弹叠加达到产品质量要求。
图10 整形工艺补充示意图
如图11 所示，利用蓝光扫描(GOM)对后地板进行回弹补偿输出数据，对座椅左右侧自由回弹量进行模拟分析，当模拟OP70 整形凸模下塌深度3mm、宽度15mm 时，后地板座椅左右耳工艺补偿后回弹量从1.8mm 减小到0.2mm，模拟补偿回弹量符合要求，达到预期效果。
图11 蓝光扫描
OP70 座椅左右侧凸模材质为灰铸铁强度较低，此整形工艺补充需增大压边力做强压来改善板料内部应力，使其整形成形更充分。因此涉及到数控加工凸模后强度要求，故通过凸模侧面手动钻孔攻牙“埋”进15 根M16 螺钉的措施来增加凸模强度(图12)。OP70 整形凸模强度调整后，按照蓝光扫描数据，数控机加凸模边缘做深度3mm、宽度15mm 的下塌楔形(图13)，以此凸模为基准调整凸凹模间隙，使强压区凸凹模间隙不超过板料厚度，板料内部塑性变形增加，减小回弹。
图12 凸模钻孔“埋”钉
图13 数控加工凸模
以凸模为基准，上模压料板焊接加高4mm，粗研至3.4mm，压料板材料为GS45，焊接选用焊丝材料为W299,焊接方式采用短焊道分段式焊接(图14)，并锤击焊道释放焊接应力，使焊材与母材充分熔合，防止开裂。
图14 压料板分段焊接
上调试压机精修调整凸凹模间隙，保证烧焊区域和未烧焊区域过渡均匀，接头光顺，无台阶，强压区着色率达90%以上(图15)，强压成形间隙略小于料厚，使板料的贴模程度增加，塑性变形充分，从而减小回弹。
图15 压机研合
通过以上调整，制件经OP70 座椅左右侧整形强压后产生负回弹，使制件通过回弹与负回弹叠加达到形状要求。减小回弹量达1.7mm，满足后续匹配需求，解决自动化叠料问题，消除拼焊错位的可能性。
结束语
在实际生产过程中，回弹是影响冲压件质量的重要因素之一，由于金属材料强度和力学性能，任何塑性变形都会有残余应力释放导致回弹现象产生。在翻边成形过程中板料外区因受到翻边拉应力伸长，板料内区受到切向压力而产生压缩仍处在弹性变形状态。使得制件形状和尺寸都发生与成形时变形方向相反的变化。通过CAE软件可分析板料回弹产生工序、回弹量、回弹补偿量等，在满足形状尺寸要求的情况下通过整形工艺补充再次约束回弹是非常有效的。所以在模具设计初期需对产品形状、成形工艺等进行充分模拟验证，从源头上对回弹缺陷进行预防，缩短调试周期和提高冲压件质量。
