汽車前艙內板成型力分析

柴克文

隨著汽車排放要求升級及汽車輕量化技術的發展，汽車駕駛室采用的高強鋼比例越來越高，高強鋼成型所需的壓力較普通鋼材高很多，需要更大型的壓力設備進行成型，現場調試中會出現壓機無法滿足需求壓力而更換較大壓機進行調試的情況，造成資源浪費。

影響成型壓力的因素主要有材料、工藝、零件結構、模具等方面。

圖1所示為某車型車身前艙內板零件結構圖，其尺寸2278mm* 425mm*230mm，料厚2mm，屬于較大型結構零件，材質為HC380-590TR，為相變誘導塑性鋼，其優點為較同級別高強鋼成型性好，適應于復雜形狀零件成型。

經過對零件成型力進行分析，其成型壓力2720T，遠超機床公稱壓力，需優化降低零件成型力，通過分析討論，從材料、工藝、結構等方面對零件成型力進行分析優化。

材料對零件成型力的影響

材料對成型力的影響主要為材質與料片尺寸，不同的材質由于抗拉強度不同，成型時所需的壓力也不同，高強度的鋼材所需的成型力越大。

根據零件形狀做好工藝后對零件成型力進行軟件模擬分析，分別選用HC380-590TR、B340LA、B250P1、B210P1材質對零件進行分析計算，其成型壓力如表1所示，隨著材料強度的提高成型力也相應提高，HC380-590的成型力達到2720KN，估算所需的機床大于3400KN，現場無法提供所需的壓力機設備進行生產，B210P1材質所需壓力也達到2155KN，現場壓力機無法滿足要求，且車體強度要求此零件最低等級材質B340LA，降低材質無法滿足車身結構要求，需要從其他方面考慮降低成型壓力。

工藝設計對零件成型力的影響

工藝設計影響成型力主要為零件工藝補充設計，工藝補充有利于簡化零件形狀，零件形狀越復雜，成形材料流動與塑性變形越難控制，一般盡量減少多余的造型補充，外部補充盡量小，降低成型力，另外凸模、凹模圓角直接影響毛坯流動的變形阻力，R越大阻力越小越易成型。

本零件原始工藝補充為防止零件成型后回彈在零件內部a、b、c處增加三處凸包造型，考慮到此零件材質強度較高，料厚較厚，不易回彈，結合成型分析結果優化拉延工藝，將三處凸包工藝補充去除后用軟件模擬分析其成型壓力。

分析結果如表2所示，可以看出去除多余補充部分后成型力下降約550T～750KN，下降明顯。HC380-590TR最大所需成型壓力1957KN，現場最大機床可滿足成型要求，成型力仍然很大，需在此基礎上進一步優化降低。

零件造型對零件成型力的影響

產品形狀也對成型力有重要影響，拉延深度、凸凹造型、內部造型R角等因素，一般拉延深度越深所需成型力越大，造型臺階要適當，太多成型所需的力越大，太少產品塑性變形不充分容易引起回彈，需要在壓料處控制使材料塑性變形充分，會使變形力變大，內部造型R角越小成型力越大。

考慮到產品內部大平面造型凸臺較多，且成型R角半徑為10mm，影響成型力的大小，用軟件模擬分析凸臺R角不同大小時所需成型力大小。

結果如表3所示，R角半徑到25mm后成型壓力降低160KN左右，效果明顯，可以達到實際需求。

模具本身對零件成型力的影響

經過以上分析優化，零件壓力在理論上達到要求，下一步進行調試驗證，調試驗證主要考慮模具本身的影響。

模具研合不到位存在硬點干涉、R角清根不干凈，容易造成成型過程中模具上下模局部干涉造成成型壓力增大，拉延成型不到底，嚴重時會引起模具損壞，對于模具是否存在硬點干涉及R角清根不干凈，采用模具不帶料片將墩死塊拆除，上下模空研刷藍油確認是否存在硬點干涉。

同時很多較大型模具采用彈性存放，越大的模具由于模具結構較重采用的氮氣彈簧型號越大，所需的壓縮力也就越大，拉延成型過程中模具閉合時氮氣彈簧會給上模相反的作用力，且隨著拉延過程越來越大，選用較大的氮氣彈簧會造成成型力變大。

其他調試優化因素

除了以上幾個主要因素外，料片尺寸、拉延筋的設計也影響成型力大小，本零件調試過程中對料片寬度分別縮短10mm、15mm驗證，成型力隨料片尺寸變小而減小，產品拉延狀態無明顯變化，選取最小料片尺寸。

拉延筋控制材料流動速度影響成型，拉延筋的形狀、大小，分布、高度、深度、圓弧半徑、筋槽圓弧半徑都對成型力有很大的影響，本零分析過程中相同材質的料片在有、無拉延筋狀態下壓力變化最大74噸，對成型力有一定影響。

實物驗證結果

根據以上分析對產品內部部分R角放大到25mm，產品工藝補充進行優化后進行工藝設計及驗證調試，經最終調試驗證，采用HC380-590TR材料，實際生產成型壓力達到1950T，壓邊力300T，成型力明顯降低，達到設計要求。

結束語

零件成型力是成型性的一部分，影響成型性的因素較多且復雜，因不同的結構及工藝設計而不同，通過前艙內板成型力的分析及調試驗證，可以看出材質、工藝、及零件造型對成型力有重要影響，調試過程中模具研合加工對成型力也有較大的影響，在設計驗證中可以從以上方面進行優化，提升零件成型性。