壓邊力方式對(duì)高強(qiáng)度板應(yīng)變路徑影響規(guī)律研究

龔小濤，郭紅星，楊 帆，張 哲，陸 演

（1.西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089；2.北京汽車研究總院有限公司，北京 100021）

0 引言

板料成形極限圖（FLD）是廣泛用來評(píng)定和判斷板料成形性能的最直觀方法。不同的應(yīng)變路徑對(duì)板料成形極限圖有著較大的影響，而成形極限圖又直接影響到板料沖壓工藝方案的確定[1]。因此，對(duì)于高強(qiáng)度鋼板，成形過程更為復(fù)雜，變形過程受幾何邊界條件、摩擦條件等因素影響，特別是壓邊力方式，對(duì)應(yīng)變路徑有著重要影響，研究壓邊力方式對(duì)應(yīng)變路徑的影響對(duì)于發(fā)揮材料的性能及提高先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板的成形精度有著重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)成形極限圖中復(fù)雜應(yīng)變路徑展開了大量研究。Mchenborn和Sonne提出了計(jì)算應(yīng)變路徑FLD的兩項(xiàng)準(zhǔn)則：一是以表面應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)，另外一種是以等效應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)[2]。Durrenberger利用盒形件為研究對(duì)象，研究應(yīng)變路徑對(duì)高強(qiáng)度鋼板的力學(xué)性能影響，分析了在撞擊條件下高強(qiáng)度鋼板的力學(xué)性能[3]。徐兆東等通過實(shí)驗(yàn)研究了當(dāng)應(yīng)變路徑狀態(tài)改變時(shí)，通過降低應(yīng)變峰值達(dá)到充分利用板料潛在塑性的目的[4]。本文以有限元分析軟件Dynaform為平臺(tái)，研究不同壓邊力方式對(duì)板料的應(yīng)變路徑的影響規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)其成形性能的提高。

1 特征件模型

為了研究不同壓邊力方式對(duì)DP590高強(qiáng)度鋼板的成形性能的影響，利用UG軟件建立其零件模型，如圖1所示。以igs格式導(dǎo)入到Dynaform軟件中，對(duì)其進(jìn)行有限元分析，其中材料為寶鋼生產(chǎn)的DP590冷軋雙向高強(qiáng)度鋼，厚度為1.7mm。在成形分析過程中，主要研究板料的變化情況，為了縮短有限元計(jì)算時(shí)間，簡(jiǎn)化模型，將模具及壓邊圈均設(shè)定為剛性模型，認(rèn)為在沖壓成形過程中尺寸不發(fā)生任何變化。在有限元分析過程中，可能因變形過程網(wǎng)格畸變而導(dǎo)致分析無法進(jìn)行，因此利用軟件自帶的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分功能，對(duì)分析過程中的網(wǎng)格進(jìn)行自適應(yīng)重新劃分，保證分析計(jì)算的正常進(jìn)行。

圖1 盒形零件模型

2 模擬方案

為了研究壓邊力方式對(duì)應(yīng)變路徑的影響規(guī)律，分別設(shè)置三種壓邊力方案：方案一采用恒定壓邊力方法，壓邊力分別設(shè)定為20kN、50kN；方案二中壓邊力的大小隨沖模行程變化，變化方式分別為漸增式（0～50kN）和漸減式（50kN～0）；方案三為壓邊力隨成形位置而變，即分塊壓邊力，如圖2所示。表1為分塊壓邊力設(shè)置方案。

圖2 分塊壓邊力方案

表1 壓邊力設(shè)置方案

3 結(jié)果分析

利用有限元分析軟件Dynaform對(duì)盒形件拉深過程進(jìn)行分析，表2所示為不同壓邊力方案對(duì)材料最大減薄率的影響。從表2可以得知，當(dāng)壓邊力為50kN時(shí)，零件存在最大減薄率；其次為漸減式壓邊力，壓邊力為20kN和漸增式壓邊力時(shí)的減薄率相差不大；利用分塊壓邊力得到的最大減薄率最小，這是由于分塊壓邊力是隨成形位置變化而不同，零件A區(qū)圓角處為危險(xiǎn)區(qū)域，就相應(yīng)降低對(duì)應(yīng)為位置的壓邊力，零件長(zhǎng)邊區(qū)域易發(fā)生起皺，就增大相應(yīng)位置的壓邊力。分塊壓邊力的好處在于可靈活調(diào)整不同區(qū)域所需要的壓邊力，從而精確控制板料的流動(dòng)和變形。

表2 壓邊力設(shè)置與材料最大減薄率關(guān)系

圖3為不同壓邊力方式對(duì)特征件危險(xiǎn)點(diǎn)處應(yīng)變路徑的影響。當(dāng)壓邊力BHF=50kN時(shí)，應(yīng)變路徑為平面應(yīng)變，材料破裂；當(dāng)壓邊力BHF=20kN時(shí)，應(yīng)變路徑為拉壓狀態(tài)向雙拉狀態(tài)轉(zhuǎn)變，近似線性路徑，材料處于臨界狀態(tài)。當(dāng)壓邊力為漸增式（BHF=0～50kN）和漸減式（BHF=50kN～0），應(yīng)變路徑與當(dāng)壓邊力BHF=20kN時(shí)一樣，說明漸增式和漸減式壓邊力對(duì)應(yīng)變路徑的改變有一定的影響。與漸增式壓邊力對(duì)比，漸減式壓邊力的應(yīng)變路徑更近似于平面應(yīng)變，漸減式壓邊力的成形極限點(diǎn)高于漸增式壓邊力。采用分塊壓邊力方案時(shí)的應(yīng)變路徑均處于負(fù)應(yīng)變區(qū)，但危險(xiǎn)點(diǎn)較低。

圖3 壓邊力對(duì)應(yīng)變路徑的影響

4 結(jié)論

（1）板料拉深成形過程中，恒定式壓邊力方式板料減薄率最大，最容易發(fā)生破裂；分塊式壓邊力方式減薄率最小，最便于精確控制材料的流動(dòng)和變形。

（2）變壓邊力方式可以影響應(yīng)變路徑的改變，其中漸減式壓邊力方式的應(yīng)變路徑更加接近于平面應(yīng)變，和漸增式壓邊力方式相比成形極限較高。

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