熱沖壓過程中壓邊力對工件成形質量的影響行為CAE分析

金少波，毛昌吉

（湖北汽車工業學院 材料科學與工程學院，湖北 十堰442002）

0 引言

板料在沖壓成形過程中會出現不同程度的減薄，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；工藝參數主要包括潤滑劑、壓邊力、拉延系數和拉延速度。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節的成形參數為壓邊力的大小。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，板料容易出現起皺現象，而過大的壓邊力則會使材料流動困難,相應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，進而影響模具壽命和零件表面質量。

地板縱梁屬于汽車結構覆蓋件，同一般沖壓件相比，具有形狀復雜(多為空間曲面)、型面曲率較多、表面質量要求高，結構強度要求大等特點，且該件選用高強鋼，采用熱沖壓方式成形。本文通過數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量間的聯系，從而確定最佳成形質量時的壓邊力。研究得出當壓邊力為200kN 時，工件成形質量最好，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換為IGES 格式導出。

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計

2.1 有限元模型建立

將準備好的IGES 格式的沖壓模型導入PAMSTAMP，對模型曲面進行自動網格劃分，設定初始網格尺寸為5mm，滿足網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；根據實際熱沖壓條件，確定模擬工藝參數：沖壓速度5000mm/s、沖壓初始溫度900℃、沖壓時的摩擦系數約為0.4。

2.2 仿真方案設計

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

3 實驗結果及分析

沖壓成形過程中, 壓邊力與工件成形質量間存在著比較復雜的線性關系，從圖3a、b、c、d、e、f 可看出，在其他工藝參數不變的情況下，隨著壓邊力逐漸增大，板料厚度均勻質量指標提高，起皺質量指標下降，但達到一定值后，隨著壓邊力的繼續增大，板料的成形質量開始下降，板料厚度分布出現不均勻現象，并出現起皺和拉裂。

4 結論

通過對汽車地板縱梁的熱沖壓有限元仿真分析發現：

（1）在沖壓初始溫度、沖壓速度等工藝參數相同的情況下，不同的壓邊力對工件成形質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。

圖3 不同壓邊力下模擬狀況

[1]肖景容，姜華奎.沖壓工藝學[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2]李瀧杲，王書恒，徐 巖.金屬板料成形有限元模擬基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，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].塑性工程學報，2006，13（2）：25-28.

[4]陳和清，彭成允，魏良慶.高強度鋼板及其在汽車制造中的應用[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研究現狀及發展趨勢[J].鍛壓技術，2007，32（6）：6-12.