廖 勇

（東風(fēng)柳州汽車有限公司， 廣西 柳州 545000）

0 引言

由于燃料資源短缺、廢氣排放較大，因此車身朝著輕量化趨勢(shì)發(fā)展， 由高強(qiáng)度鋼制造的車身部件不僅具有更高碰撞性能，有助于提高乘客安全性，同時(shí)還能降低車身重量，減少排放。但高強(qiáng)鋼的使用給實(shí)際工程帶來了一系列零件成形性差、回彈嚴(yán)重問題。因此液壓成形工藝是實(shí)現(xiàn)輕量化的重要途徑[1]。

近年來， 液壓成形影響材料成形性能的研究取得較大進(jìn)展[2，3]。 魏國(guó)玲[4]等人采用液壓成形對(duì)T 型管展開模擬分析；王帥[5]等人針對(duì)橢球形件總結(jié)壓邊力和液壓力在充液拉深成形中的成形性能規(guī)律。與此相反，國(guó)內(nèi)外對(duì)液壓成形零件回彈性能研究較少， 特別是板材液壓拉深成形回彈研究。李偉[6]對(duì)管材充液成形的回彈影響因素進(jìn)行了比較。 因此，為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和消除板材液壓成形回彈，掌握回彈規(guī)律， 本文以高強(qiáng)鋼板液壓成形大梁加強(qiáng)板展開討論，對(duì)比不同成形工藝下的回彈情況，比較壓邊力、液壓力對(duì)薄板液壓成形回彈影響。

1 液壓成形概述

圖1 主動(dòng)式（液壓作用板料上表面）Fig.1 Active hydroforming（Fluid pressure is applied on top of blank）

液壓成形以液體為傳力介質(zhì)填充模具型腔， 代替剛體模具完成零件沖壓，實(shí)現(xiàn)管材或板材零件成形，板材液壓成形分為主動(dòng)式和被動(dòng)式[7]。 主動(dòng)式液壓成形通過作用于板料上表面的液壓力將其緊壓于凹模型腔內(nèi)壁，得到與凹模內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同的零件形狀，如圖1 所示；被動(dòng)式液壓成形通過存儲(chǔ)于液體型腔內(nèi)的液體在壓邊圈將板料緊壓于液體型腔且凸模向下貼合過程中對(duì)板料下表面形成液壓反作用力，得到與凸模形狀相同的零件，如圖2 所示。這種液體代替模具的成形方式，減小了材料摩擦，增大塑性流動(dòng)，降低了零件減薄率，有效防止材料起皺與拉裂。

圖2 被動(dòng)式（液壓作用板料下表面）Fig.2 Passive hydroforming（Fluid pressure is applied on bottom of blank）

2 零件材料與尺寸

圖3 為本文選用的大梁加強(qiáng)板， 板料尺寸為（1070×180）mm。采用材料為1.2mm 厚的DP590鋼進(jìn)行拉延與修邊，表1與圖4 為DP590 鋼的力學(xué)性能參數(shù)與應(yīng)力應(yīng)變曲線。

圖3 零件數(shù)模Fig.3 Digital model of part

表1 DP590 鋼的力學(xué)性能參數(shù)Tab.1 Mechanical properties for DP590 steel

圖4 DP590 鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.4 The stress-strain curve for DP590 steel

3 有限元建模

在Dynaform 中采用被動(dòng)式液壓成形對(duì)零件進(jìn)行拉延仿真，恒定液壓力作用于板料下方，根據(jù)表2 完成參數(shù)設(shè)置， 待拉延結(jié)束即對(duì)零件修邊， 比較修邊后的回彈結(jié)果，圖5 為有限元仿真模型。

表2 工藝參數(shù)Tab.2 Process parameters

圖5 有限元模型Fig.5 Finite element model

4 仿真結(jié)果

由于零件各部分曲率不規(guī)則， 因此選取不同截面對(duì)比回彈，如圖6 所示，采用的截面1 與截面2 距零件中央425mm，同時(shí)在每條截面線上以5mm 間距為單位按Y 軸方向從左至右選取回彈測(cè)量點(diǎn)。

圖6 截面位置圖Fig.6 Position diagram of sections

4.1 成形方式對(duì)回彈的影響

板料在壓邊力均為40T， 液壓力為10Mpa 的條件下進(jìn)行液壓成形和傳統(tǒng)沖壓成形， 圖7 為零件數(shù)模與兩成形方式下的截面輪廓線，由圖可知，液壓成形在兩截面處的回彈輪廓線都比傳統(tǒng)沖壓成形更接近零件數(shù)模， 即相同條件下液壓成形產(chǎn)生回彈更小。

圖7 不同成形方式在各截面處的回彈輪廓線Fig.7 Springback contour lines of different forming methods at various sections（a）section 1（b）section 2

如圖8 所示， 兩截面處各點(diǎn)回彈在任一成形方式下呈先減后增趨勢(shì)，兩側(cè)回彈較大，且液壓成形下的兩側(cè)壁回彈基本一致。 對(duì)傳統(tǒng)沖壓而言，截面1 右側(cè)點(diǎn)20 回彈最大，截面2 左側(cè)點(diǎn)1 處回彈最大，而液壓成形下的相應(yīng)測(cè)量點(diǎn)處回彈分別降低了46.1%和48.8%。 相較于截面1，截面2 處各點(diǎn)回彈都大，且兩成形方式在截面2 處的回彈差異更明顯。

圖8 不同成形方式下的各點(diǎn)處回彈Fig.8 Springback at various points under different forming methods（a）section 1（b）section 2

4.2 壓邊力對(duì)回彈的影響

板料分別在壓邊力為20T、40T、60T， 液壓力均為10Mpa 的條件下進(jìn)行液壓成形， 圖9 為各壓邊力下的截面各點(diǎn)處回彈，由圖可知，任一壓邊力下，截面2 上各點(diǎn)回彈都大于截面1 對(duì)應(yīng)點(diǎn)。

根據(jù)截面1 各點(diǎn)回彈情況，點(diǎn)1 至點(diǎn)5 區(qū)間內(nèi)，零件左側(cè)壁回彈在20T 壓邊力下最小， 而40T 與60T 下的回彈基本一致， 且此區(qū)間內(nèi)的三種壓邊力下的回彈差值小于0.5mm，因此該范圍內(nèi)的回彈受壓邊力影響較小。 在點(diǎn)7 至點(diǎn)20 區(qū)間，零件在20T 下的回彈始終最大，其中點(diǎn)12 至點(diǎn)20 內(nèi)， 零件右側(cè)壁回彈隨壓邊力增大而逐漸減小，同時(shí)20T 與60T 下的回彈差值最大超過1mm，受壓邊力影響較大。

與截面1 不同，截面2 在點(diǎn)1 至點(diǎn)9 區(qū)間，零件回彈隨壓邊力增大而減小，且在零件左側(cè)壁處產(chǎn)生較大差異；在點(diǎn)10 至點(diǎn)20 內(nèi)，各壓邊力下的回彈差異較小，回彈差值小于0.5mm，其中點(diǎn)10 至點(diǎn)15 范圍，回彈在40T 壓邊力下最小， 而點(diǎn)15 至點(diǎn)20 區(qū)間下的回彈隨壓邊力增大而增大。

圖9 液壓成形在不同壓邊力下的各點(diǎn)處回彈Fig.9 Springback at various points under different blank holder forces with hydroforming（a）section 1（b）section 2

4.3 液壓力對(duì)回彈的影響

板料分別在液壓力為10Mpa、15Mpa、20Mpa，壓邊力均為20T 的條件下進(jìn)行液壓成形，圖10 為各液壓力下的截面各點(diǎn)處回彈。

圖10 液壓成形在不同液壓力下的各點(diǎn)處回彈Fig.10 Springback at various points under different hydraulic pressures with hydroforming（a）section 1（b）section 2

截面1 的右側(cè)回彈大于左側(cè)， 且左右回彈差異在20Mpa 液壓力下最明顯。 點(diǎn)1 至點(diǎn)4 區(qū)間，零件左側(cè)壁回彈隨液壓力的增大而逐漸減小。當(dāng)測(cè)量范圍超過點(diǎn)4 時(shí)，回彈呈相反趨勢(shì)，此時(shí)20Mpa 液壓力下的回彈最大，且遠(yuǎn)大于液壓力為10Mpa 和15Mpa 下的回彈，最大回彈差值超過1mm； 同時(shí)在該區(qū)間內(nèi)， 點(diǎn)4 至點(diǎn)10 范圍內(nèi)的10Mpa 液壓力下的回彈遠(yuǎn)小于另兩種液壓力下的回彈，而點(diǎn)10 以后，10Mpa 下的回彈基本與15Mpa 下的接近。

就截面2 而言，15Mpa 液壓力下的回彈始終小于10Mpa 下的，其中在點(diǎn)10 前的區(qū)間內(nèi)，兩液壓力下的回彈差值最大超過2mm， 而點(diǎn)10 后的回彈大小基本一致，即此兩種液壓力下的零件左側(cè)回彈差異明顯。 點(diǎn)1 至點(diǎn)7 區(qū)間， 零件左側(cè)回彈在液壓力為10Mpa 下最大， 而在15Mpa 液壓力下最小，當(dāng)測(cè)量范圍超過點(diǎn)7 時(shí)，20Mpa 液壓力下的回彈遠(yuǎn)超過另兩種。

5 結(jié)論

根據(jù)上述對(duì)比分析，得到以下結(jié)論：

（1）與傳統(tǒng)沖壓成形相比，液壓成形工藝能大大降低零件回彈， 零件截面1 與截面2 處最大回彈分別降低了46.1%與48.8%。

（2）在20T、40T、60T 的壓邊力下，截面1 處左側(cè)回彈隨壓邊力的增大而增大，回彈受壓邊力的影響較小，而右側(cè)回彈隨壓邊力的增大逐漸減小且受壓邊力影響較大。截面2 處回彈規(guī)律與之相反。

（3）在10MPa、15MPa、20MPa 的液壓力下，截面1 在點(diǎn)1 至點(diǎn)4 內(nèi)的回彈隨液壓力增大而逐漸減小且受液壓力影響較小， 而剩余區(qū)間內(nèi)的回彈呈相反趨勢(shì)， 且受20Mpa 液壓力影響較大。 就截面2 而言，零件回彈未隨液壓力呈一定規(guī)律，左側(cè)回彈受液壓力影響較大，各液壓力間的回彈差異較明顯，而零件右側(cè)回彈受20MPa 液壓力影響較大。

因此，高強(qiáng)鋼板進(jìn)行液壓成形時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體零件選用合理的壓邊力與液壓力。 后續(xù)還需對(duì)壓邊力與液壓力間是否存在耦合關(guān)系展開研究。