汽車用高強度鋼板沖壓回彈模擬

文/王祖勇，陶長城，代鄖峰，戴勇·東風汽車有限公司東風商用車技術中心侯啟軍·東風汽車有限公司東風商用車車身廠

汽車用高強度鋼板沖壓回彈模擬

文/王祖勇，陶長城，代鄖峰，戴勇·東風汽車有限公司東風商用車技術中心侯啟軍·東風汽車有限公司東風商用車車身廠

使用PAMSTAMP沖壓軟件的無模法和有模法，分別模擬兩個高強鋼零件的切邊回彈，希望能夠提高CAE模擬回彈精度和應用水平。通過模擬結果和實測對比，發現兩種回彈模擬結果趨勢基本一致，但有模法的計算結果相對更符合實際。

隨著汽車用鋼板迅速朝著高強度化和輕量化的方向發展，高強度鋼板的應用日益廣泛。隨之而來的問題就是，鋼板強度級別越高，成形越困難，回彈也越大，嚴重影響零件的精度和裝配質量。為了解決高強度鋼板成形性差的問題，避免開裂與起皺，更重要的是要保證零件尺寸和形狀精度，迫切需要一種手段來優化工藝方案，從而獲得合格的零件。隨著有限元和塑性理論的不斷完善以及計算機技術的迅猛發展，通過CAE方法優化工藝并預測回彈已成為可能。

目前，CAE在模擬沖壓件起皺和破裂等缺陷方面的應用已達到了很高的精度，但在回彈計算方面還需進一步提高。基于此，回彈問題成為世界性的難題。本文借助PAMSTAMP軟件對梁類零件分別進行無模法和有模法模擬，計算高強度鋼板沖壓回彈，并與實測對比來驗證CAE模擬結果，以提高CAE模擬精度。

CAE模擬和回彈實測

沖壓件分別為左前縱梁和右前縱梁加強梁，通過三維激光掃描測零件的回彈值。

左前縱梁

⑴左前縱梁加工工序。該件由5道工序組成，包括落料→拉延→修邊、沖孔→整形→斜楔修邊沖孔，材料是B250P1，見圖1。

⑵全工序模擬。B250P1材料性能參數是，彈性模量為210kN/mm2，密度為7.85×10-6kg/mm3，泊松比為0.3，r0為1.5，r45為1.4，r90為1.9，屈服強度Rs為0.305kN/mm2，強化系數k為0.802kN/mm2，硬化指數n為0.22。應用PAMSTAMP進行全工序模擬，結果（包括回彈）見圖2。分別采用有模法（新算法）和無模法（舊算法）計算回彈，其中無模法的鎖點方式與零件在檢測支架上的約束方式一致，見圖3。回彈大小將以截面線的方式來表述，相對產品數模。

圖1 左前縱梁

圖2左前縱梁全工序模擬結果

圖3 左前縱梁無模法鎖點方式

⑶回彈實測。為了精確驗證CAE模擬精度，必須提高回彈實測精度。此外，還要考慮到實用性，也就是檢測方法應與生產實際相一致。因此，加工了檢測支架來實測零件回彈值，其作用就是保證實際零件與產品數模位于同一個坐標系，以使二者具有定量可比性。將零件放入檢測支架并用定位銷定位，然后用Geomagic Qualify軟件通過三維激光掃描得到零件點云數據，由點云生成的三角面見圖4。為了更直觀地和CAE模擬結果進行對比，將零件三角面、產品數模和模擬結果一起導入CATIA軟件中以截面切線的方式來分析比較。

圖4左前縱梁點云生成的三角面

右前縱梁加強梁

⑴右前縱梁加強梁。該件由3道工序組成，包括落料、沖孔→拉延→沖孔、斜楔沖孔，材料是590DP，見圖5，料厚1.2mm。

⑵全工序模擬。590DP材料性能參數是，彈性模量為210kN/mm2，密度為7.85×10-6kg/mm3，泊松比為0.3，r0為0.9，r45為0.9，r90為1.1，屈服強度Rs為0.37kN/mm2，強化系數k為1.035 kN/mm2，硬化指數n為0.18。應用PAMSTAMP軟件進行全工序模擬，結果（包括回彈）見圖6。分別采用有模法（新算法）和無模法（舊算法）計算回彈，其中無模法的鎖點方式與零件在檢測支架上的約束方式一致，見圖7。

圖5 右前縱梁加強梁

圖6 右前縱梁加強梁全工序模擬結果

圖7 右前縱梁加強梁無模法鎖點方式

圖8 右前縱梁加強梁零件三角面

⑶回彈實測。將零件放入檢測支架并用定位銷定位，然后用Geomagic Qualify軟件通過三維激光掃描得到零件點云數據，由點云生成的三角面見圖8。為了更直觀地和CAE模擬結果進行對比，將零件三角面、產品數模和模擬結果一起導入CATIA軟件中以截面線的方式來分析比較。

CAE計算結果和實測值對比分析

左前縱梁

由于模擬結果為板料的中間層，因此對圖2中模擬得到的零件回彈后中間層向外偏移50%料厚，得到板料的外表面，然后與實測零件外表面的三角面和產品數模面一起導入CATIA軟件進行對比。具體方法是，在Y坐標50mm的平面截取4個面，得到的4條切線見圖9，其中黃色線為產品數模，紅色線為實測結果，綠色線為有模法計算結果，藍色線為無模法計算結果。

圖9 Y坐標為50mm截面線

右前縱梁加強梁

由于模擬結果為板料的中間層，因此，對圖6中模擬得到的零件回彈后中間層向外偏移50%料厚，得到板料的外表面，然后與實測零件外表面的三角面和產品數模面一起導入CATIA軟件進行對比。具體方法是，以Y坐標為400mm的平面截取4個面，得到的四條切線見圖10，其中黃色線為產品數模，紅色線為實測結果，藍色線為無模法模擬結果，綠色為有模法模擬結果。

圖10 Y坐標為400mm截面線

對比分析

計算回彈時，無模法（舊算法）為了限制板料剛體位移，必須約束其六個方向的自由度，施加位置通常是回彈最小處。但由于沖壓件形狀和受力復雜，導致不同的施加方式對計算結果影響非常大，因此也限制了軟件的實用性。而有模法（新算法）是通過板料與模具接觸來計算回彈，同時也考慮了重力對回彈的影響，減少了人為因素的影響，更符合實際情況。

通過以上兩個零件的回彈模擬和實測對比也可看出，兩種回彈算法的CAE模擬和實測結果總體趨勢大致是一樣的，有模法的計算結果與實測值更接近，但局部區域與實測值還是存在一定的差異。另外，零件形狀簡單，回彈模擬精度相對提高，而零件形狀復雜，回彈模擬精度相對降低。

結束語

⑴PAMSTAMP新舊兩種回彈算法的CAE模擬和實測結果總體趨勢大致是一樣的，有模法(新算法)的計算結果與實測值更接近。

⑵回彈計算精度仍有待提高，以推進其實用性。