低碳钢冲压回弹控制技术研究与实践

一、 引言

（一）行业与竞赛背景

世界技能大赛建筑金属构造项目对选手的要求极为严苛，选手需在 22 个小时内完成竞赛试题，且选手需未满 22 周岁，绝大多数为中高职学校学生；该项目对构件精度的要求极高，根据世赛评分标准，尺寸公差需控制在 ±0.5mm，角度偏差需控制在 ±1°（图 1 引用世赛评分标准）。

Q235 低碳钢因其成本低、焊接性好等特点，在竞赛中被广泛应用，但它屈服强度低的特性导致回弹现象显著。回弹对竞赛成绩的影响不容小觑，以第 42 届世界技能大赛试题图 2 铲车履带板为例，右侧理论折弯角度为 135^∘ ，实际回弹后变为 136.5°，直接被扣 1 分。

图 1

图 2

（二）教学痛点

在传统教学中，对于低碳钢冲压回弹的控制仅依赖经验公式，如回弹角 ≈0.4× 材料厚度/下模开口，这使得学生在实际操作中的调整效率极低。同时，学生对于多因素耦合影响，如折弯线夹角等因素对回弹的影响认知不足，难以应对复杂的实际情况。

（三）论文创新点

本研究将竞赛中出现的实际问题转化为教学案例，开发了“理论-仿真-实操-反馈”的闭环训练体系，有助于学生更好地理解和掌握回弹控制技术。此外，提出了模块化模具设计，能够适配不同厚度 Q235 板材的回弹补偿需求，提高了教学和实践的灵活性与适用性。

（四）研究意义与创新点

本研究在教学方面，为职业教育中冲压工专业的教学提供了新的思路和方法，有助于提升学生的实践能力和解决实际问题的能力；在竞赛方面，能够帮助选手更好地应对竞赛中的回弹问题，提高竞赛成绩；在技术应用方面，所提出的回弹控制技术方案可应用于实际生产。其创新点在于将竞赛与教学紧密结合，形成了一套切实可行的训练体系和技术方案。

（五）研究方法与技术路线

本研究采用理论分析、实验研究和实践验证相结合的方法。首先，对 Q235 低碳钢的回弹特性进行理论分析，结合竞赛构件的特点，找出回弹敏感区域；然后，通过正交试验等方法优化压弯机工艺参数，开发模块化补偿模具，并制定学生操作规范；最后，将所设计的技术方案应用于教学和竞赛中，验证其有效性。

二、Q235 低碳钢回弹特性与竞赛构件分析

（一）材料性能与回弹机理

Q235 低碳钢的关键参数为：屈服强度 235MPa，弹性模量 210GPa，r 值≈1.5。与高强度钢相比，Q235 低碳钢屈服强

度较低，在冲压过程中更容易产生回弹现象。

建筑金属构造项目竞赛中典型的工艺包括 V 型折弯、U 型卷边、多步压弯等（附竞赛图图 3。这些工艺在操作过程中，由于材料的弹性变形，极易出现回弹，影响构件的精度。

图 3

（二）竞赛构件的回弹敏感区域

案例 1：图 3 侧板（132° 折弯，回弹导致角度超差）。在该案例中，由于折弯角度较大，材料在折弯后的弹性恢复较为明显，导致实际角度与设计角度存在偏差。

案例 2：图 3 弧形顶面件（回弹导致曲率半径偏离）。连续压弯过程中，材料受到多次外力作用，回弹的累积效应使得弧形顶面件的曲率半径难以控制，容易出现偏离设计值的情况。

案例 3：图 3 连接孔板（回弹引发孔位偏移）。连接孔板的孔位精度对装配质量至关重要，而回弹会导致孔位发生偏移，进而影响整个构件的装配精度和稳定性。

三、回弹控制技术方案设计（核心技术章节）

（一）压弯机工艺参数优化

采用正交试验设计（L9 阵列）来优化压弯机工艺参数。选取的因素包括下模开口宽度（8t/10t/12t，t 为料厚）、冲压速度（5/10/15mm/s）、保压时间（2/5/8s）；考核指标为回弹角 （1.5^∘ ）、表面质量（目测无明显回弹痕迹）。

通过实验得出，最优组合为 10t 开口+10mm/s 速度 +55 保压。在该参数组合下，能够有效控制回弹角在允许范围内，同时保证构件的表面质量。

（二）模块化补偿模具开发

设计了可更换垫片的模块化补偿模具，在凸模工作面嵌入不同厚度（0.1～0.5mm）的 SKD11 垫片，实现过弯补偿。在教学应用中，学生通过更换不同厚度的垫片，能够快速验证补偿效果。例如对于 1.5mm 板厚的 Q235 板材，使用0.3mm 的垫片可达到较好的回弹补偿效果，帮助学生直观地理解模具补偿对回弹控制的作用。

（Ξ） 学生操作规范提升

制定了 “三步校正法”的学生操作规范：

预判：根据板材纹理方向调整折弯线，当折弯线与材料纹理方向夹角较小时，回弹会增加 15% 左右，需提前做预判。

测量：使用数显角度尺实时检测折弯角度，及时对比理论值，掌握回弹的实际情况。

补偿：按照 “回弹量 ≈0.5°× （板厚/下模开口）”的经验公式进行微调，以补偿回弹带来的角度偏差。

四、教学实施与竞赛验证

（一）训练体系设计

采用四阶段教学法：

阶段 1：回弹理论课（含仿真演示）。通过理论讲解和仿真演示，让学生了解回弹产生的机理、影响因素等基础知识，建立对回弹控制的初步认识。

阶段 2：参数优化实验（每组学生测试 3 种工艺组合 ）_α 让学生亲自动手进行实验，探究不同工艺参数对回弹的影响，培养学生的实验设计和数据分析能力。

阶段 3：模具补偿实操（记录角度、厚度与回弹量关系）。通过实际操作模块化补偿模具，让学生掌握模具补偿的方法和技巧，建立角度、厚度与回弹量之间的关系认知。

阶段 4：模拟竞赛（限时完成带回弹的构件）。模拟真实竞赛环境，让学生在规定时间内完成构件的加工，检验学生对回弹控制技术的综合应用能力。

（二）竞赛验证结果

通过采用本研究提出的回弹控制技术方案，学生在训练中的回弹控制合格率从 65% 提升至 95% 。在 2024 年第 47 届世界技能大赛上，建筑金属构造选手凭借扎实的技术功底和出色的回弹控制能力，勇夺金牌，充分验证了该技术方案的有效性和实用性。

五、结论与推广价值

（一）结论

模块化模具的应用降低了学生调试时间 40%，提高了训练和生产效率。

“三步校正法”使学生操作失误率下降 60%，提升了学生的操作规范性和准确性。

（二）教学推广

本方案已纳入校本教材《冲压工职业技能等级认定（基础知识）》、《冷作钣金加工识图与制图》，并配套了微课案例，为冲压工技能培养提供了有力支持。

本文通过系统研究和实践，提出了针对低碳钢冲压回弹控制的有效方案，不仅提升了学生在竞赛中的竞争力，也帮助相关企业提升产品质量和生产效率，推动行业整体技术水平的进步。

参考文献：

[1] 林忠钦《板料冲压成形与回弹控制》2015

[2]《第 45 届世界技能大赛建筑金属构造项目竞赛规程》

作者简介：苏健，中共党员，本科学历，高级技师