摘 要：本文應(yīng)用dynaform數(shù)值模擬技術(shù)對St13鋼板建立前后梁的沖壓模型，研究其成型性能，得知：St13成型汽車沖壓件，通過反復(fù)修改沖頭沖壓速度和壓邊圈壓力優(yōu)化工藝參數(shù)后，能夠表現(xiàn)出良好的成型性。

關(guān)鍵詞：汽車前后梁；dynaform；數(shù)值模擬技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保開始成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。汽車工業(yè)的發(fā)展開始以減輕汽車自重節(jié)約能耗，降低排放改善環(huán)境，采取措施提高安全性為目標(biāo)。因此開展了新技術(shù)、新材料、新工藝和新產(chǎn)品的開發(fā)[1]。普通沸騰鋼是50-60年代開發(fā)并廣泛應(yīng)用的第一代深沖鋼產(chǎn)品，只能用于制造普通沖壓件；第二代產(chǎn)品為低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，產(chǎn)生于60～80年代，具有優(yōu)良的深沖性能；80年代以后出現(xiàn)了以無間隙原子鋼為代表的第三代超低碳超深沖鋼。目前，在超深沖壓級鋼的基礎(chǔ)上開發(fā)的超深沖高強(qiáng)度鋼板和超深沖烘烤硬化鋼板已在汽車生產(chǎn)中大量使用。

應(yīng)用金屬板料成型數(shù)值模擬技術(shù)可以做到：對起皺和拉裂的預(yù)測與消除、回彈的計算、壓邊力的確定、毛坯尺寸的計算、潤滑方案的選擇及模具磨損的預(yù)測和改進(jìn)等。借助于有限元模擬方法對板料成形進(jìn)行分析，可以使人們獲得對于板料成形過程規(guī)律的認(rèn)識，以較小的代價、在較短的時間內(nèi)找到最優(yōu)的或可行的設(shè)計方案。因此，可以縮短模具設(shè)計周期，降低模具設(shè)計成本，提高板料制件的質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

前后梁是比較典型的汽車沖壓件，本課題選擇前后梁作為研究梁類汽車沖壓件的沖壓成型過程的實(shí)例，以汽車鋼板ST13作為成型前后梁的材料，用有限元軟件Dynaform對前后梁沖壓成型過程進(jìn)行數(shù)值模擬。

1 St13化學(xué)成分

St13是德國牌號，為冷扎板、普通結(jié)構(gòu)鋼。其化學(xué)成分為：C<0.08Mn<0.45P<0.030S<0.0255Al≥0.020。

碳含量及其在鋼中的存在形式?jīng)Q定著鋼的強(qiáng)度和其它性能，高的碳含量會造成冷軋后產(chǎn)品的滲碳體級別升高，使強(qiáng)度增加，塑性下降。因?yàn)榇嬖谳^硬而脆的滲碳體阻礙了鐵素體基體變形；對成型用鋼Stl3而言，需要的是較低的屈服強(qiáng)度、高的均勻伸長率和總伸長率。

2 前后梁的建模及前處理

2.1 創(chuàng)建模型

先在DYNAFORM界面做出前后梁實(shí)體模型，如圖1。該零件板料取為1.0mm厚的St13普通鋼。生產(chǎn)工藝路線為沖裁、拉深、沖孔、切邊、整形等數(shù)道工序，其中拉深是最關(guān)鍵的成型步驟。

2.2 參數(shù)設(shè)定

選擇Tool|Analysis Setup菜單項(xiàng)，默認(rèn)單位系統(tǒng)是長度單位為mm（毫米），力單位為N（牛頓），時間單位為SEC（秒），質(zhì)量單位為TON（噸）。成形類型為單動（Single action），默認(rèn)的毛坯和所有接觸界面類型為單面接觸（From One Way S.toS.）。默認(rèn)的沖壓方向是Z。接觸間隙為毛坯厚度1.0mm。

2.3 曲面網(wǎng)格劃分

選擇TOOL MESH（工具網(wǎng)格劃分）參數(shù)設(shè)置為缺省值。

2.4 毛坯網(wǎng)格劃分

根據(jù)生成的毛坯輪廓生成毛坯并采用四邊形網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分，共劃分5152個單元，然后進(jìn)行填充內(nèi)孔、模型邊界檢查、鎖模檢查和法向一致性檢查等一系列的網(wǎng)格劃分的合理性檢查。

2.5 工具的設(shè)定

在菜單項(xiàng)中定義PUNCH（凸摸）、DIE（凹摸）、BINDER（壓邊圈），自上而下分別是凸模、毛坯、壓料面和凹模。

3 St13沖壓模擬結(jié)果

在模擬汽車前橫梁拉深成形時，為提高計算效率，采用了近似簡化條件處理拉深成形問題，板料材料采用了Hill 屈服準(zhǔn)則的厚向異性材料模型，模具材料采用剛體材料模型。

板料為1.0mm厚的St13普通鋼板成形前后梁，模擬參數(shù)設(shè)置為：工具行程速度：8000mm/s，壓邊力：800KN。

拉深成形的FLD中，可以看出板料沒有出現(xiàn)破裂、起皺等缺陷，在厚度最大處標(biāo)出的最大厚度約為1.000894mm，增厚了0.000894mm，增厚了約0.08%，一般認(rèn)為在成型部分增厚不超過10%，減薄不超過30%，都是可以接受的。

4 結(jié)論

⑴用St13成型汽車沖壓件，通過反復(fù)修改沖頭速度和壓邊圈壓力的大小來優(yōu)化工藝參數(shù)后，表現(xiàn)出了良好的成型性。⑵通過利用dynaform的數(shù)值模擬技術(shù)對鋼板St13進(jìn)行實(shí)時動態(tài)模擬，可以了解沖壓過程中是否存在嚴(yán)重的起皺和開裂傾向，有助于確定最佳參數(shù)，優(yōu)化沖壓工藝。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王先進(jìn)，唐獲，呂雪山，康永林.汽車用鋼板的現(xiàn)狀與發(fā)展（I）.材料·工藝·設(shè)備，1993（4）：12～14.

[2]彭穎紅.金屬塑性成形仿真技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社1999.

[3]于燕.烘烤硬化鋼板BH340與普通冷軋鋼板St13性能對比分析.電焊機(jī)，2006，08.

作者簡介：王立（1982-），女，吉林人，碩士研究生，東北電力大學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)中心。