黃能會 高成慧

摘 要：在汽車制造業(yè)中，為進行輕量化和高強度設計，高強度鋼板的應用就非常廣泛了，其U型回彈控制的策略會影響板料成型的精度。為更好的研究摩擦系數(shù)、板料厚度、拉延筋、模具間隙等參數(shù)對高強度鋼折彎回彈的影響規(guī)律，以RP784-980B高強度鋼板為研究對象，利用Dynaform軟件與實際模具結合進行研究，得出四個參數(shù)與回彈值的關系。

關鍵詞：回彈;高強度鋼板;有限元;彎曲

高強度鋼板代替普通鋼材廣泛應用于汽車輕量化生產(chǎn)中，沖壓作為汽車生產(chǎn)后續(xù)的焊接、裝配、涂裝的最前工序，其成形精度對汽車生產(chǎn)工藝過程起著非常大在影響作用，其中回彈是高強度鋼板成形過程中最為復雜的問題[1]。國內(nèi)學校和研究機構對高強度鋼板做了大量研究。重慶大學的周同貴等[2]以BR1500HS高強度鋼板為研究對象，進行了基于Dynaform軟件的熱沖壓數(shù)值模擬及回彈分析做正交實驗分析，得出最優(yōu)參數(shù)組合。南京工程學院的徐濤等[3]基于Dynaform軟件進行正交實驗，對高強度鋼板U形件回彈進行分析研究，得出最優(yōu)的參數(shù)組合。湖南汽車工程職業(yè)學院的李治國[4]等通過對WELDOX960 高強度鋼板進行研究，通過實驗和仿真模擬對仿真模擬結果進行驗證，得出仿真模擬的準確性。目前，針對不同材料沖壓工藝參數(shù)進行高強度鋼板U形回彈的文獻不多。本文以汽車生產(chǎn)中應用較為廣泛的RP784-980B鋼板為研究對象，重點研究沖壓工藝參數(shù)對高強度鋼板回彈量的影響，為高強度鋼板沖壓加工提供一定的指導意義。

1 分析模型建立

對于U形件來說，為減少運算時間，建立基本模型如圖1所示，本模型采用常用的汽車零件結構，兩側面夾角為10°，模型零件長為300mm，材料為RP784-980B，材料的主要化學成分如表1所示，其主要性能指標：屈服強度為610 MPa，抗拉強度為989 MPa，延伸率或伸長率21%），根據(jù)U形件彎曲回彈的特點，采用軟件計算的最大回彈值作為的變形量。

2 不同工藝參數(shù)模擬結果分析

通過不同的沖壓工藝參數(shù)，對模型進行模擬分析，具體分析如下：

2.1 摩擦系數(shù)對回彈的影響

摩擦系數(shù)對沖壓零件的成形質量和回彈有一定的關聯(lián)性，當摩擦系數(shù)較大時，零件在成形過程中，材料的流動就會變緩慢，從而可以減少成形零件的回彈量，但隨著摩擦系數(shù)的增大，對零件表面也會造成一定的損傷，影響零件的表面質量，當摩擦系數(shù)較小時，其成形結果與之相反。圖2是摩擦系數(shù)取0.1、0.11、0.125（軟件默認的高強度鋼摩擦值）、0.14、0.15、0.17時對應的最后成形零件的回彈量，最大的回彈量與默認摩擦值的回彈量誤差在4.3%內(nèi)。綜合工程實踐，在進行高強度鋼材有限元分析時，按照軟件默認值即可，不需要進行單獨設置。

2.2 拉延筋位置對回彈的影響

汽車零件很多都是尺寸大、形狀比較復雜，影響成形的因素有很多，在進行拉延過程中，不能只靠壓邊力，單純靠壓邊力很難控制起皺和拉裂。在進行成型過程中為了避免材料在凸模進入的位置，為了防止起皺和開裂，在離凹模入口增加拉延筋，以阻止大多材料一起流入。根據(jù)工程實際應用，分別選擇在離凹模入口10mm，15mm，20mm，25mm和30mm的地方設置拉延筋進行分析。在沒有拉延筋作用時，回彈值為13.82mm，由圖3可見隨拉延筋與凹模入口的距離增加而回彈減少，當?shù)揭欢ㄖ岛?，回彈值又隨距離的增加又逐漸增大，根據(jù)沖壓零件產(chǎn)品的大小，拉延筋距凹模入口距離為15～25mm較為合適。

2.3 材料厚度對回彈的影響

根據(jù)工程應用中常用RP784-980B的鋼板厚度，取0.8mm，1mm，1.2mm，1.4mm，和1.6mm厚度進行分析，摩擦系數(shù)按默認，不設置拉延筋。其回彈結果如圖4所示。對于板厚小于1.4mm的鋼板，隨著材料厚度的增加，回彈值逐漸減小的趨勢，當厚度大于1.4mm時，減少的趨勢變緩，成形后的板厚減薄都是0.01mm，所以基本可以不用考慮材料減薄問題，主要根據(jù)客戶需求來定材料的厚度。

2.4 模具間隙對回彈的影響

模具間隙是高強度鋼板成形中要考慮的一個重要因素，它影響著板料與模具的接觸狀態(tài)，可以控制板料流動狀態(tài)，模具間隙的設置較小時，能增加側面凸、凹模對板料的側向壓力，增加塑性變形的區(qū)域，對回彈的控制比較有利;但當間隙小于一個材料厚度時，模具和板料的摩擦力會比較大，同時有擠壓變形，對模具和板材的表面質量都會有影響，同時模具的使用壽命也會大大降低。根據(jù)工程應用中的模具間隙，取間隙值0.95t，1t，1.05 t，1.1t，1.15t和1.2t（t為一個板料厚度）進行分析，摩擦系數(shù)按默認，不設置拉延筋，材料厚度按照常用的1mm來進行分析，其回彈結果如圖5所示。對于間隙小于一個材料厚度，最后成形的板材有11%的減薄，隨著模具間隙的增加，回彈值逐漸增大后又減小的趨勢，當模具間隙為一個板厚時，回彈量最小。

3 結果運用

利用有限元分析，在模擬結果分析中，一般以成形極限圖和回彈云圖體現(xiàn)出來，成形極限圖可以預測出在加工前可能會出現(xiàn)的一些結果，他能準確反映材料在成形過程中的板料局部成形發(fā)生的狀態(tài)，如起皺、破裂、危險、安全等，根據(jù)顏色來進行判斷是否可行?；貜椩茍D可以預測出回彈量最大值及其出現(xiàn)的位置，這樣可以有效的采取措施來控制生產(chǎn)過程中的回彈。為驗證模擬結果的準確性，對RP784-980B鋼板進行模擬與實踐生產(chǎn)中的進行對比，在最初未進行有限元分析的模具設計制造過程中，采用普通45#鋼做模具，通過在檢具（圖6）上對產(chǎn)品進行測量后，不斷的調整參數(shù)來對板料進行沖壓成形，直至能夠沖出尺寸合格的產(chǎn)品后，測量實驗模具的尺寸，最后用模具鋼進行實際模具制作，這樣需要耗費大量的人力、財力和物力。通過Dynaform軟件對成形參數(shù)進行設置，減少試驗次數(shù)，為模具生產(chǎn)提供有效的指導。

4 結論

以RP784-980B為例，其沖壓成形回彈量與摩擦系數(shù)無關;拉延筋的距離設置在15-15mm處可以減小回彈量;隨材料厚度的增加，回彈量逐漸減少，當材料厚度達到1.4mm后減少的趨勢逐漸減緩;模具間隙采用1個料厚可以最有效的減少回彈。

項目來源：2018年度湖北省教育廳科學研究計劃指導性項目——基于CAE的高強度鋼板沖壓工藝優(yōu)化研究。（項目編號：B2018447）

參考文獻：

[1]朱東波等.板料成形回彈問題研究新進展[J].塑性工程學報，2000（01）：11-17.

[2]周同貴等.BR1500HS高強度鋼板熱沖壓數(shù)值模擬及回彈分析[J].熱加工工藝，2015，44（11）：122-125.

[3] 徐濤等基于正交試驗的高強鋼板U形件回彈分析研究[J].科技視界.2015（02）：57，66-67

[4]李治國等.高強度鋼板折彎成型的回彈分析及工程應用[J].機械工程師，2019（05）：173-175.