基于高強(qiáng)度鋼板的拉延筋參數(shù)優(yōu)化

褚濤

摘要：本文使用低合金高強(qiáng)度鋼板B340LA，通過數(shù)值模擬軟件Pam-stamp，對(duì)B柱內(nèi)板進(jìn)行了拉延筋尺寸參數(shù)和布置方式進(jìn)行了分析，消除了起皺和拉裂缺陷，得到了合格的零件。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度鋼板正交試驗(yàn)拉延筋pam-stamp

0 引言

拉延筋在車身覆蓋件的生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用，由于拉延過程中，板料的不同部位拉深深度不同，對(duì)進(jìn)料阻力的要求也不同，需要沿周圍分布合理的阻力，只通過壓料面的壓邊力往往難以達(dá)到要求，因此需要根據(jù)不同部位的拉深深度，在壓料面上布置合理的拉延筋，以滿足板料塑性變形和均勻流動(dòng)的需要。利用拉延筋可以有效調(diào)節(jié)變形區(qū)域板料的變形分布，避免起皺等拉延缺陷的發(fā)生[1]。

由于人們對(duì)高強(qiáng)度鋼板成形性能的認(rèn)識(shí)還不夠深入，當(dāng)拉延筋尺寸參數(shù)選擇的不合理時(shí)，易使成形過程中出現(xiàn)拉裂、起皺等缺陷[2-3]。為了控制缺陷，本文采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)高強(qiáng)度鋼板拉延成形中的拉延筋進(jìn)行了尺寸參數(shù)的優(yōu)化，以減少修模、試模次數(shù)。

1 拉伸試驗(yàn)

本課題采用的材料是低合金高強(qiáng)度鋼B340LA，

厚度為1.2mm。拉伸試驗(yàn)的形狀、尺寸按GB/T228-

2002確定，板料厚度選擇t=1.2mm。拉伸試樣如圖1所示。

■

通過拉伸試驗(yàn)測得其力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

表1B340LA的力學(xué)性能

■

2 有限元模型的建立

工藝參數(shù)選擇沖壓速度為5mm/ms，模具間隙為1.1t，壓邊力為700kN，摩擦系數(shù)為0.12。根據(jù)以上材料性能和工藝參數(shù)建立有限元模型，如圖2所示。

■

圖2有限元模型

3 拉延筋設(shè)

3.1 拉延筋的布置

本文選用圓形虛擬拉延筋，根據(jù)初步模擬的FLD圖布置的拉延筋位置如圖3所示。

■

圖3初始拉延筋位置

3.2 基于正交試驗(yàn)的拉延筋尺寸參數(shù)優(yōu)化

圓形拉延筋主要有四個(gè)尺寸參數(shù)：拉延筋半徑R1，拉延筋槽圓角半徑R2，拉延筋寬度L2和拉深筋高度D。如圖4所示。以最大減薄率和FLD圖為目標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交方案和模擬結(jié)果如表2所示。

■

通過9組試驗(yàn)可以得出：四個(gè)尺寸參數(shù)對(duì)最大減薄率影響的主次順序?yàn)椋篟2，L2，D，R1；最優(yōu)方案為A1B3C3D2，即R1=6，R2=5，L2=20，D=7。由此參數(shù)組模擬得到的FLD圖如圖5所示：在1，2兩處起皺仍較為嚴(yán)重，且在小端內(nèi)圓角最大減薄率為33.27%，出現(xiàn)拉裂。

■

圖5最優(yōu)拉延筋方案的FLD圖

3.3 拉延筋布置優(yōu)化

由于通過正交試驗(yàn)得到的最優(yōu)參數(shù)組的模擬結(jié)果仍然存在缺陷，需要調(diào)整拉延筋布置。對(duì)于存在起皺的部位，應(yīng)該布置重筋，以增加進(jìn)料阻力；對(duì)于減薄率較大和拉裂的區(qū)域應(yīng)該去掉拉延筋，以減小阻力讓板料順利流入。

4 工藝試驗(yàn)

按照數(shù)值模擬得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，最終拉延筋尺寸參數(shù)采用正交試驗(yàn)得到的最優(yōu)組合A1B3C3D2(R1=6mm，R2=5mm，L2=20mm，D=7mm)，將型面研磨均勻，進(jìn)行拉延調(diào)試。第一次拉延調(diào)試，沒有出現(xiàn)拉裂，但在去掉重筋的兩個(gè)部位出現(xiàn)輕微起皺，后將壓邊力調(diào)整為800kN，消除了起皺缺陷；拉延筋外的壓邊部位起皺明顯，在修邊工序中會(huì)將其切除，與模擬結(jié)果相符。整個(gè)零件的成形情況滿足要求，得到了合格的拉延件。

5 結(jié)論

本文對(duì)B柱內(nèi)板進(jìn)行有限元分析，主要進(jìn)行了拉延筋的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的優(yōu)化。得到如下結(jié)論：①根據(jù)初步模擬的FLD圖設(shè)計(jì)了拉延筋位置，通過正交試驗(yàn)得到了最優(yōu)的拉延筋尺寸參數(shù)R1=6，R2=5，L2=20，D=7，之后又對(duì)拉延筋布置做了進(jìn)一步改進(jìn)，避免了起皺缺陷的發(fā)生。②在生產(chǎn)調(diào)試過程中，拉延筋采用單筋，并將壓邊力調(diào)整為800kN，生產(chǎn)出了合格的拉延件。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]陳和清.基于汽車高強(qiáng)度板的沖壓回彈基礎(chǔ)研究[D].重慶大學(xué)，2008.

[3]T.HELLER,B.END,B.EHRHARDT,et al.New High Strength Steels Production[J].Properties & Applications,1998,16(3):25-34.

endprint

摘要：本文使用低合金高強(qiáng)度鋼板B340LA，通過數(shù)值模擬軟件Pam-stamp，對(duì)B柱內(nèi)板進(jìn)行了拉延筋尺寸參數(shù)和布置方式進(jìn)行了分析，消除了起皺和拉裂缺陷，得到了合格的零件。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度鋼板正交試驗(yàn)拉延筋pam-stamp

0 引言

拉延筋在車身覆蓋件的生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用，由于拉延過程中，板料的不同部位拉深深度不同，對(duì)進(jìn)料阻力的要求也不同，需要沿周圍分布合理的阻力，只通過壓料面的壓邊力往往難以達(dá)到要求，因此需要根據(jù)不同部位的拉深深度，在壓料面上布置合理的拉延筋，以滿足板料塑性變形和均勻流動(dòng)的需要。利用拉延筋可以有效調(diào)節(jié)變形區(qū)域板料的變形分布，避免起皺等拉延缺陷的發(fā)生[1]。

由于人們對(duì)高強(qiáng)度鋼板成形性能的認(rèn)識(shí)還不夠深入，當(dāng)拉延筋尺寸參數(shù)選擇的不合理時(shí)，易使成形過程中出現(xiàn)拉裂、起皺等缺陷[2-3]。為了控制缺陷，本文采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)高強(qiáng)度鋼板拉延成形中的拉延筋進(jìn)行了尺寸參數(shù)的優(yōu)化，以減少修模、試模次數(shù)。

1 拉伸試驗(yàn)

本課題采用的材料是低合金高強(qiáng)度鋼B340LA，

厚度為1.2mm。拉伸試驗(yàn)的形狀、尺寸按GB/T228-

2002確定，板料厚度選擇t=1.2mm。拉伸試樣如圖1所示。

■

通過拉伸試驗(yàn)測得其力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

表1B340LA的力學(xué)性能

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2 有限元模型的建立

工藝參數(shù)選擇沖壓速度為5mm/ms，模具間隙為1.1t，壓邊力為700kN，摩擦系數(shù)為0.12。根據(jù)以上材料性能和工藝參數(shù)建立有限元模型，如圖2所示。

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圖2有限元模型

3 拉延筋設(shè)

3.1 拉延筋的布置

本文選用圓形虛擬拉延筋，根據(jù)初步模擬的FLD圖布置的拉延筋位置如圖3所示。

■

圖3初始拉延筋位置

3.2 基于正交試驗(yàn)的拉延筋尺寸參數(shù)優(yōu)化

圓形拉延筋主要有四個(gè)尺寸參數(shù)：拉延筋半徑R1，拉延筋槽圓角半徑R2，拉延筋寬度L2和拉深筋高度D。如圖4所示。以最大減薄率和FLD圖為目標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交方案和模擬結(jié)果如表2所示。

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通過9組試驗(yàn)可以得出：四個(gè)尺寸參數(shù)對(duì)最大減薄率影響的主次順序?yàn)椋篟2，L2，D，R1；最優(yōu)方案為A1B3C3D2，即R1=6，R2=5，L2=20，D=7。由此參數(shù)組模擬得到的FLD圖如圖5所示：在1，2兩處起皺仍較為嚴(yán)重，且在小端內(nèi)圓角最大減薄率為33.27%，出現(xiàn)拉裂。

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圖5最優(yōu)拉延筋方案的FLD圖

3.3 拉延筋布置優(yōu)化

由于通過正交試驗(yàn)得到的最優(yōu)參數(shù)組的模擬結(jié)果仍然存在缺陷，需要調(diào)整拉延筋布置。對(duì)于存在起皺的部位，應(yīng)該布置重筋，以增加進(jìn)料阻力；對(duì)于減薄率較大和拉裂的區(qū)域應(yīng)該去掉拉延筋，以減小阻力讓板料順利流入。

4 工藝試驗(yàn)

按照數(shù)值模擬得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，最終拉延筋尺寸參數(shù)采用正交試驗(yàn)得到的最優(yōu)組合A1B3C3D2(R1=6mm，R2=5mm，L2=20mm，D=7mm)，將型面研磨均勻，進(jìn)行拉延調(diào)試。第一次拉延調(diào)試，沒有出現(xiàn)拉裂，但在去掉重筋的兩個(gè)部位出現(xiàn)輕微起皺，后將壓邊力調(diào)整為800kN，消除了起皺缺陷；拉延筋外的壓邊部位起皺明顯，在修邊工序中會(huì)將其切除，與模擬結(jié)果相符。整個(gè)零件的成形情況滿足要求，得到了合格的拉延件。

5 結(jié)論

本文對(duì)B柱內(nèi)板進(jìn)行有限元分析，主要進(jìn)行了拉延筋的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的優(yōu)化。得到如下結(jié)論：①根據(jù)初步模擬的FLD圖設(shè)計(jì)了拉延筋位置，通過正交試驗(yàn)得到了最優(yōu)的拉延筋尺寸參數(shù)R1=6，R2=5，L2=20，D=7，之后又對(duì)拉延筋布置做了進(jìn)一步改進(jìn)，避免了起皺缺陷的發(fā)生。②在生產(chǎn)調(diào)試過程中，拉延筋采用單筋，并將壓邊力調(diào)整為800kN，生產(chǎn)出了合格的拉延件。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]陳和清.基于汽車高強(qiáng)度板的沖壓回彈基礎(chǔ)研究[D].重慶大學(xué)，2008.

[3]T.HELLER,B.END,B.EHRHARDT,et al.New High Strength Steels Production[J].Properties & Applications,1998,16(3):25-34.

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摘要：本文使用低合金高強(qiáng)度鋼板B340LA，通過數(shù)值模擬軟件Pam-stamp，對(duì)B柱內(nèi)板進(jìn)行了拉延筋尺寸參數(shù)和布置方式進(jìn)行了分析，消除了起皺和拉裂缺陷，得到了合格的零件。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度鋼板正交試驗(yàn)拉延筋pam-stamp

0 引言

拉延筋在車身覆蓋件的生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用，由于拉延過程中，板料的不同部位拉深深度不同，對(duì)進(jìn)料阻力的要求也不同，需要沿周圍分布合理的阻力，只通過壓料面的壓邊力往往難以達(dá)到要求，因此需要根據(jù)不同部位的拉深深度，在壓料面上布置合理的拉延筋，以滿足板料塑性變形和均勻流動(dòng)的需要。利用拉延筋可以有效調(diào)節(jié)變形區(qū)域板料的變形分布，避免起皺等拉延缺陷的發(fā)生[1]。

由于人們對(duì)高強(qiáng)度鋼板成形性能的認(rèn)識(shí)還不夠深入，當(dāng)拉延筋尺寸參數(shù)選擇的不合理時(shí)，易使成形過程中出現(xiàn)拉裂、起皺等缺陷[2-3]。為了控制缺陷，本文采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)高強(qiáng)度鋼板拉延成形中的拉延筋進(jìn)行了尺寸參數(shù)的優(yōu)化，以減少修模、試模次數(shù)。

1 拉伸試驗(yàn)

本課題采用的材料是低合金高強(qiáng)度鋼B340LA，

厚度為1.2mm。拉伸試驗(yàn)的形狀、尺寸按GB/T228-

2002確定，板料厚度選擇t=1.2mm。拉伸試樣如圖1所示。

■

通過拉伸試驗(yàn)測得其力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

表1B340LA的力學(xué)性能

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2 有限元模型的建立

工藝參數(shù)選擇沖壓速度為5mm/ms，模具間隙為1.1t，壓邊力為700kN，摩擦系數(shù)為0.12。根據(jù)以上材料性能和工藝參數(shù)建立有限元模型，如圖2所示。

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圖2有限元模型

3 拉延筋設(shè)

3.1 拉延筋的布置

本文選用圓形虛擬拉延筋，根據(jù)初步模擬的FLD圖布置的拉延筋位置如圖3所示。

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圖3初始拉延筋位置

3.2 基于正交試驗(yàn)的拉延筋尺寸參數(shù)優(yōu)化

圓形拉延筋主要有四個(gè)尺寸參數(shù)：拉延筋半徑R1，拉延筋槽圓角半徑R2，拉延筋寬度L2和拉深筋高度D。如圖4所示。以最大減薄率和FLD圖為目標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交方案和模擬結(jié)果如表2所示。

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通過9組試驗(yàn)可以得出：四個(gè)尺寸參數(shù)對(duì)最大減薄率影響的主次順序?yàn)椋篟2，L2，D，R1；最優(yōu)方案為A1B3C3D2，即R1=6，R2=5，L2=20，D=7。由此參數(shù)組模擬得到的FLD圖如圖5所示：在1，2兩處起皺仍較為嚴(yán)重，且在小端內(nèi)圓角最大減薄率為33.27%，出現(xiàn)拉裂。

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圖5最優(yōu)拉延筋方案的FLD圖

3.3 拉延筋布置優(yōu)化

由于通過正交試驗(yàn)得到的最優(yōu)參數(shù)組的模擬結(jié)果仍然存在缺陷，需要調(diào)整拉延筋布置。對(duì)于存在起皺的部位，應(yīng)該布置重筋，以增加進(jìn)料阻力；對(duì)于減薄率較大和拉裂的區(qū)域應(yīng)該去掉拉延筋，以減小阻力讓板料順利流入。

4 工藝試驗(yàn)

按照數(shù)值模擬得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，最終拉延筋尺寸參數(shù)采用正交試驗(yàn)得到的最優(yōu)組合A1B3C3D2(R1=6mm，R2=5mm，L2=20mm，D=7mm)，將型面研磨均勻，進(jìn)行拉延調(diào)試。第一次拉延調(diào)試，沒有出現(xiàn)拉裂，但在去掉重筋的兩個(gè)部位出現(xiàn)輕微起皺，后將壓邊力調(diào)整為800kN，消除了起皺缺陷；拉延筋外的壓邊部位起皺明顯，在修邊工序中會(huì)將其切除，與模擬結(jié)果相符。整個(gè)零件的成形情況滿足要求，得到了合格的拉延件。

5 結(jié)論

本文對(duì)B柱內(nèi)板進(jìn)行有限元分析，主要進(jìn)行了拉延筋的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的優(yōu)化。得到如下結(jié)論：①根據(jù)初步模擬的FLD圖設(shè)計(jì)了拉延筋位置，通過正交試驗(yàn)得到了最優(yōu)的拉延筋尺寸參數(shù)R1=6，R2=5，L2=20，D=7，之后又對(duì)拉延筋布置做了進(jìn)一步改進(jìn)，避免了起皺缺陷的發(fā)生。②在生產(chǎn)調(diào)試過程中，拉延筋采用單筋，并將壓邊力調(diào)整為800kN，生產(chǎn)出了合格的拉延件。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]陳和清.基于汽車高強(qiáng)度板的沖壓回彈基礎(chǔ)研究[D].重慶大學(xué)，2008.

[3]T.HELLER,B.END,B.EHRHARDT,et al.New High Strength Steels Production[J].Properties & Applications,1998,16(3):25-34.

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