田志俊，何翠萍，張 軍，詹 華，俞祖俊

(馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

隨著汽車輕量化的發(fā)展，在保證零件及整車性能滿足要求的情況下，采用強(qiáng)度較高和碰撞吸能效果較好的高強(qiáng)鋼取代傳統(tǒng)汽車用鋼，減小零件厚度實(shí)現(xiàn)汽車輕量化已成為趨勢[1]、[2]。由于高強(qiáng)度鋼板具有高強(qiáng)度、低延伸率的特性，使高強(qiáng)度鋼板在沖壓成形過程中容易產(chǎn)生破裂、回彈較大等問題，尤其是高強(qiáng)鋼的回彈量遠(yuǎn)大于普通鋼板，高強(qiáng)鋼的回彈預(yù)測與精確控制已成為制約高強(qiáng)鋼應(yīng)用的瓶頸[3]、[4]。

通過數(shù)值模擬技術(shù)，可以模擬零件的沖壓成形效果，預(yù)測回彈量，為后期回彈控制提供依據(jù)。單元類型是描述沖壓問題的載體，直接影響零件的沖壓成形模擬精度。實(shí)體殼單元能夠在雙面接觸中考慮厚度的變化，相比殼單元可以更好的反應(yīng)高強(qiáng)度鋼板在沖壓成形過程中會受到強(qiáng)壓或擠壓變形[5]-[8]。

本文對采用DP800雙相鋼門檻梁的沖壓成形過程進(jìn)行模擬，研究在沖壓成形過程中零件的厚度變化及回彈情況，應(yīng)用傳統(tǒng)殼單元及實(shí)體殼單元分別建立模型，研究單元類型對高強(qiáng)鋼成形性及回彈的影響，為高強(qiáng)鋼成形仿真提供參考。

1 門檻梁零件及材料力學(xué)性能

本文分別采用應(yīng)用傳統(tǒng)殼單元及實(shí)體殼單元建立模型，對門檻梁零件的沖壓成形過程進(jìn)行仿真分析。所采用的材料為DP800，厚度為1.0 mm。通過單向拉伸實(shí)驗(yàn)，獲得材料的力學(xué)性能，將實(shí)驗(yàn)獲得的應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)及曲線導(dǎo)入模型中，表1為材料力學(xué)性能，圖2為材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線。

表1 材料的力學(xué)性能參數(shù)

2 門檻梁零件沖壓成形及回彈分析

2.1 門檻梁零件沖壓模型的建立

根據(jù)零件幾何模型，在PAM-STAMP軟件中進(jìn)行模具設(shè)置，板料分別采用殼單元和實(shí)體殼單元，殼單元在厚度上沒有單元，連續(xù)體殼單元在厚度上有3層單元，由于模具在成形中幾乎不變形，定義為剛體。凸凹模間隙為料厚的1.1倍，壓邊力100噸，摩擦系數(shù)0.12。圖3為門檻梁零件沖壓模具有限元模型。

2.2 門檻梁零件沖壓成形分析結(jié)果

應(yīng)用殼單元和實(shí)體殼單元對有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析，圖4為零件成形后的厚度云圖。采用殼單元時(shí)，成形后門檻零件97.5%區(qū)域的厚度為0.94 mm-1.03 mm，零件厚度減薄率<6%，零件最小厚度0.82 mm，最大減薄率18%；采用實(shí)體殼單元時(shí)，成形后門檻零件94.6%區(qū)域的厚度為0.95 mm-1.02 mm，零件厚度減薄率<5%，最小厚度0.84 mm，最大減薄率16%。采用實(shí)體殼單元時(shí)，零件成形較為均勻，減薄較小。

圖5為成形后零件的回彈性能云圖。采用殼單元時(shí)，成形后門檻零件最大回彈量為9.65 mm；采用實(shí)體殼單元時(shí)，成形后門檻零件最大回彈量為7.44 mm，最大回彈量比采用殼單元時(shí)減少2.21 mm，減少比例為22.9%。

圖6為成形后零件的回彈形狀。成形后門檻梁的回彈形式主要為側(cè)壁卷曲、側(cè)壁與底面角度回彈，采用殼單元時(shí)，側(cè)壁卷曲角、角度分別為103 °和91.3 °，側(cè)壁回彈角、側(cè)壁與底面角度回彈角分別為7 °、-8.7 °；采用實(shí)體殼單元時(shí)，側(cè)壁卷曲角、角度分別為98.5 °和98.2 °，側(cè)壁回彈角、側(cè)壁與底面回彈角分別為2.5 °、-1.8 °。

表2為成形后零件的回彈數(shù)據(jù)。從表中可以看出，采用殼單元時(shí)零件的回彈量是采用實(shí)體殼單元時(shí)零件回彈量的1.3倍，采用殼單元時(shí)零件的側(cè)壁回彈角為采用實(shí)體殼單元時(shí)零件側(cè)壁回彈角的2.8倍，采用殼單元時(shí)零件的底面與側(cè)壁回彈角為采用實(shí)體殼單元時(shí)零件底面與側(cè)壁回彈角的4.8倍。

表2成形后零件的回彈數(shù)據(jù)

對分別采用殼單元和實(shí)體殼單元時(shí)高強(qiáng)鋼零件的成形結(jié)果進(jìn)行分析，得到的結(jié)果如下：(1)采用實(shí)體殼單元時(shí)，高強(qiáng)鋼零件的成形更為均勻，最大減薄率更小。(2)采用實(shí)體殼單元時(shí)，高強(qiáng)鋼零件的回彈量明顯較小。

3 結(jié)論

(1)采用殼單元和實(shí)體殼單元時(shí)，成形后門檻零件90%以上區(qū)域的厚度為0.94 mm-1.0 mm，厚度減薄率<6%，零件最大減薄率分別為18%和16%。表明單元類型對高強(qiáng)鋼零件成形厚度均勻性的影響沒有明顯差別，采用實(shí)體單元時(shí)零件的最大減薄率更小。

(2)沖壓成形后門檻梁的主要回彈形式為側(cè)壁卷曲、底面與側(cè)壁回彈，分析結(jié)果表明，采用實(shí)體殼單元時(shí)，高強(qiáng)鋼零件的回彈量明顯較小。