本文采用Dynaform 軟件對(duì)邊梁內(nèi)板成形過(guò)程進(jìn)行了有限元模擬。研究了一模一件和一模兩件成形工藝對(duì)邊梁內(nèi)板成形效果的差異和優(yōu)劣。從減薄率和起皺等成形缺陷的角度分析了沖壓方向、工藝補(bǔ)充、壓邊力等工藝條件對(duì)成形效果的影響趨勢(shì)。結(jié)果表明：合適的沖壓方向和凹模圓角半徑能夠改善邊梁內(nèi)板成形效果，避免產(chǎn)生破裂；通過(guò)增大壓邊力或添加拉延筋能夠顯著降低起皺和成形不足程度；采用一模兩件成形工藝時(shí)，邊梁內(nèi)板減薄率和起皺程度明顯較低，生產(chǎn)效率約為一模一件工藝的1.5 倍。
汽車覆蓋件是一種典型的拉延件，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、表面成形質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。工藝參數(shù)和模具設(shè)計(jì)等對(duì)拉延件的成形質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。早期主要是通過(guò)試模來(lái)逐步修改模具結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，此過(guò)程完全依賴于設(shè)計(jì)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，人為因素影響大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、效率低。目前，往往是采用有限元模擬的方法來(lái)評(píng)估工藝方案的可行性，以獲得最優(yōu)的工藝方案。該方法大大提高了研發(fā)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。
本文基于Dynaform 有限元軟件，研究了B410LA冷軋鋼汽車邊梁內(nèi)板成形工藝，分析了工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)等對(duì)邊梁內(nèi)板成形質(zhì)量的影響規(guī)律。通過(guò)對(duì)比一模一件和一模兩件成形結(jié)果，分析了一模兩件在實(shí)際生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)成形缺陷，給出了相應(yīng)的解決方法，并獲得了成形質(zhì)量?jī)?yōu)異的拉延件，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。
模型建立
采用三維建模軟件對(duì)邊梁內(nèi)板零件進(jìn)行修補(bǔ)孔洞等處理，將處理好的邊梁內(nèi)板拉延件模型導(dǎo)入Dynaform 有限元模擬軟件。邊梁內(nèi)板材料為B410LA冷軋鋼，模型中采用Barlat's-3Parameter Plasticity參數(shù)模型，本構(gòu)方程為：σ=943.9(0.0088+ε）0.152MPa，加載曲線如圖1 所示。
圖1 B410L 冷軋鋼加載曲線
結(jié)果與討論
一模一件成形
結(jié)果根據(jù)零件幾何圖形(圖2）可知，可選擇兩個(gè)沖壓方向進(jìn)行拉延成形，分別用A 和B 表示。結(jié)合A和B 兩個(gè)沖壓方向后續(xù)將要建立的工藝補(bǔ)充面，能夠預(yù)測(cè)A 向兩端位置拉延深度較大，在該位置形成的工藝補(bǔ)充面曲率較大，易產(chǎn)生缺陷。
圖2 邊梁內(nèi)板幾何圖形
圖3 為選用不同沖壓方向，壓邊力為20t 的成形極限圖。結(jié)果表明A 向邊梁內(nèi)板出現(xiàn)破裂，雖然破裂位置為工藝補(bǔ)充面，但這也必將伴隨著附近邊梁內(nèi)板減薄率較高。B 向(圖3b）邊梁內(nèi)板成形結(jié)果明顯優(yōu)于A 向(圖3a）。但邊梁內(nèi)板邊緣位置幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有尖角，出現(xiàn)了破裂。
圖3 一模一件工藝不同沖壓方向成形極限圖
考慮到上述問(wèn)題，這里對(duì)邊梁內(nèi)板進(jìn)行邊界光順(圖4），并采用B 向進(jìn)行拉延成形，結(jié)果如圖5 所示。根據(jù)圖5a 可知，邊梁內(nèi)板成形結(jié)果有了較大改善，無(wú)破裂現(xiàn)象，邊梁內(nèi)板表面存在少量成形不足和起皺趨勢(shì)。根據(jù)圖5b 可知拉延件整體最大減薄率約21.7%。
圖4 邊梁內(nèi)板邊界光滑處理
圖5 B 向拉延成形結(jié)果
一模兩件成形結(jié)果
考慮到生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的問(wèn)題，采用一模兩件成形工藝進(jìn)行有限元模擬，邊梁內(nèi)板預(yù)處理模型如圖6a、圖6b 所示。
圖6 邊梁內(nèi)板一模兩件工藝預(yù)處理
研究不同凹模圓角半徑對(duì)拉延成形效果的影響。如圖7 所示，當(dāng)凹模圓角半徑為10mm 時(shí)(圖7a），邊梁內(nèi)板出現(xiàn)了破裂。當(dāng)凹模圓角半徑增大到30mm時(shí)(圖7b），邊梁內(nèi)板成形效果得到明顯改善，但邊梁內(nèi)板表面存在拉延不充分。對(duì)于該缺陷的解決方法一般有增大壓邊力，添加拉延筋或增大摩擦。但由于在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中摩擦系數(shù)不易控制，因此后續(xù)僅對(duì)壓邊力和拉延筋進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。
圖7 不同凹模圓角半徑拉延成形極限圖
壓邊力的影響：采用100t 和300t 壓邊力進(jìn)行有限元模擬，結(jié)果如圖8 和圖9 所示。當(dāng)壓邊力為100t時(shí)，邊梁內(nèi)板表面仍然存在少量拉延不充分。當(dāng)壓邊力為300t 時(shí)，邊梁內(nèi)板表面成形效果良好。根據(jù)圖9(b）可知，邊梁內(nèi)板減薄率較高，且300t 壓邊力已遠(yuǎn)超常規(guī)拉延載荷，對(duì)設(shè)備要求較高。因此后續(xù)將采用拉延筋的方式進(jìn)行優(yōu)化模擬。
圖8 壓邊力為100t 拉延成形結(jié)果
圖9 壓邊力為300t 拉延成形結(jié)果
拉延筋的影響：在凹模表面建立拉延筋如圖10所示。采用拉延筋阻力分別為978.24×20%N/mm 和978.24×40%N/mm，壓邊力為20t，模擬結(jié)果如圖11和圖12 所示。當(dāng)拉延筋阻力為978.24×20%N/mm時(shí)，邊梁內(nèi)板表面仍然存在拉延不充分。當(dāng)拉延筋阻力為978.24×40%N/mm時(shí)，邊梁內(nèi)板表面成形良好，但減薄率較高。因此下面將通過(guò)多段拉延筋來(lái)進(jìn)行有限元模擬。
圖10 拉延筋設(shè)置方式
圖11 拉延筋阻力為978.24×20%N/mm 時(shí)的成形極限圖
圖12 拉延筋阻力為978.24×40%N/mm 時(shí)的成形結(jié)果
拉延筋采用多段形式，將易產(chǎn)生拉延不充分的位置拉延筋阻力設(shè)置為978.24×40%N/mm，其他位置設(shè)置為978.24×20%N/mm，如圖13 所示。并采用30t 壓邊力進(jìn)行有限元模擬，結(jié)果如圖14 所示。邊梁內(nèi)板表面成形效果良好，無(wú)起皺，拉延不充分等缺陷，且減薄率較低，最大約為13.3%，明顯優(yōu)于一模一件成形。
圖13 拉延筋優(yōu)化設(shè)置方式
圖14 優(yōu)化后的模型仿真結(jié)果
一模兩件與一模一件工藝對(duì)比
一模兩件等效拉延深度小于一模一件，拉延成形質(zhì)量較好；一模兩件日產(chǎn)量約為一模一件的1.5 倍，顯著提高了生產(chǎn)效率。一模兩件工藝降低了沖床的使用頻率，減少了沖次費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本；采用一模兩件工藝時(shí)，增大了對(duì)設(shè)備噸位的要求，因此需要結(jié)合設(shè)備噸位來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)工藝。根據(jù)有限元模擬結(jié)果可知，一模兩件工藝成形載荷明顯高于一模一件，如圖15 所示。
圖15 拉延成形加載載荷-壓邊力30t
結(jié)論
⑴沖壓方向的不同主要會(huì)影響到邊緣圓弧曲率，大的圓弧曲率易導(dǎo)致板料拉裂。
⑵對(duì)于邊梁內(nèi)板邊緣具有尖角等復(fù)雜形狀的位置，需要對(duì)其進(jìn)行光順，以獲得成形質(zhì)量良好的邊梁內(nèi)板。
⑶相對(duì)于一模一件，一模兩件形式生產(chǎn)的拉延件等效拉延深度較小，拉延件整體減薄率下降，最大減薄率約為13.3%。通過(guò)建立合適的拉延筋及相匹配的壓邊力能夠獲得成形質(zhì)量?jī)?yōu)異的拉延件。
⑷一模兩件工藝的日產(chǎn)量約為一模一件的1.5倍，顯著提高了生產(chǎn)效率。
