熱沖壓過程中壓邊力對工件成形質(zhì)量的影響行為CAE分析

金少波，毛昌吉

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 十堰442002）

0 引言

板料在沖壓成形過程中會出現(xiàn)不同程度的減薄，如工件圓角處便為明顯的變薄拉深。可通過分析研究圓角減薄程度（用圓角減薄率表示），判斷熱沖壓拉延件成形質(zhì)量。影響拉延件壁厚最大減薄率的主要因素有模具尺寸和工藝參數(shù)兩方面。模具尺寸主要包括凹凸模間隙和凹凸模圓角半徑；工藝參數(shù)主要包括潤滑劑、壓邊力、拉延系數(shù)和拉延速度。在模具尺寸已定的情況下，上述因素中，影響最大和最容易控制調(diào)節(jié)的成形參數(shù)為壓邊力的大小。一般來說,過小的壓邊力，則無法有效控制拉深過程中材料的流動，板料容易出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，而過大的壓邊力則會使材料流動困難,相應(yīng)增加變薄破裂的趨勢，同時模具和板料表面受損的可能性會增加，進(jìn)而影響模具壽命和零件表面質(zhì)量。

地板縱梁屬于汽車結(jié)構(gòu)覆蓋件，同一般沖壓件相比，具有形狀復(fù)雜(多為空間曲面)、型面曲率較多、表面質(zhì)量要求高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求大等特點(diǎn)，且該件選用高強(qiáng)鋼，采用熱沖壓方式成形。本文通過數(shù)值模擬地板縱梁在不同壓邊力下熱沖壓成形的過程，著重考察分析壓邊力與工件成形質(zhì)量間的聯(lián)系，從而確定最佳成形質(zhì)量時的壓邊力。研究得出當(dāng)壓邊力為200kN 時，工件成形質(zhì)量最好，同時零件厚度分布最為均勻。

1 地板縱梁沖壓模型建立

使用三維造型軟件UG 建立地板縱梁及其沖壓模具幾何模型，分別如圖1、2 所示。并將所得曲面模型轉(zhuǎn)換為IGES 格式導(dǎo)出。

圖1 地板縱梁零件圖

圖2 地板縱梁模具三維圖

2 有限元模型建立及仿真方案設(shè)計

2.1 有限元模型建立

將準(zhǔn)備好的IGES 格式的沖壓模型導(dǎo)入PAMSTAMP，對模型曲面進(jìn)行自動網(wǎng)格劃分，設(shè)定初始網(wǎng)格尺寸為5mm，滿足網(wǎng)格密度對仿真的精確度要求。

模擬材料為熱沖壓專用材料22MnB5，板料初始厚度1.6mm；根據(jù)實際熱沖壓條件，確定模擬工藝參數(shù)：沖壓速度5000mm/s、沖壓初始溫度900℃、沖壓時的摩擦系數(shù)約為0.4。

2.2 仿真方案設(shè)計

試驗采用單一變量法，采用相同的工藝參數(shù)分別模擬壓邊力為150kN、180kN、200kN、220kN、250kN、280kN 時的熱沖壓過程。

3 實驗結(jié)果及分析

沖壓成形過程中, 壓邊力與工件成形質(zhì)量間存在著比較復(fù)雜的線性關(guān)系，從圖3a、b、c、d、e、f 可看出，在其他工藝參數(shù)不變的情況下，隨著壓邊力逐漸增大，板料厚度均勻質(zhì)量指標(biāo)提高，起皺質(zhì)量指標(biāo)下降，但達(dá)到一定值后，隨著壓邊力的繼續(xù)增大，板料的成形質(zhì)量開始下降，板料厚度分布出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，并出現(xiàn)起皺和拉裂。

4 結(jié)論

通過對汽車地板縱梁的熱沖壓有限元仿真分析發(fā)現(xiàn)：

（1）在沖壓初始溫度、沖壓速度等工藝參數(shù)相同的情況下，不同的壓邊力對工件成形質(zhì)量有比較明顯的影響，過小或過大的壓邊力都會影響工件的成形質(zhì)量。

（2）壓邊力為200kN 時比較適合22MnB5 鋼板的熱沖壓工藝的實際生產(chǎn)。

圖3 不同壓邊力下模擬狀況

[1]肖景容，姜華奎.沖壓工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]李瀧杲，王書恒，徐 巖.金屬板料成形有限元模擬基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]王作成，韓福濤，崔國濤.圓錐形件變壓邊力拉深工藝的研究[J].塑性工程學(xué)報，2006，13（2）：25-28.

[4]陳和清，彭成允，魏良慶.高強(qiáng)度鋼板及其在汽車制造中的應(yīng)用[J].模具工程，2007，（8）：88-91.

[5]張曉斌，孫 宇，攀紅梅，等.板料成形壓邊力控制技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].鍛壓技術(shù)，2007，32（6）：6-12.