冉 慶，王正勇，唐 平

（一汽解放汽車有限公司成都分公司，四川成都610500）

1 引言

為滿足汽車輕量化及安全性能的要求，高強(qiáng)鋼板在商用車車架中應(yīng)用越來越廣泛[1]。由于高強(qiáng)鋼板的成形性能差，板料沖壓成形后的彎曲回彈和扭曲回彈現(xiàn)象比較嚴(yán)重。Dynaform軟件是針對板料成形有限元分析的專業(yè)軟件。它可以預(yù)測板料成形過程中的破裂、起皺、減薄及回彈，從而對板料成形做出預(yù)測性評估[2]。本文利用Dynaform軟件對車架沖壓縱梁成形過程進(jìn)行了分析，并與實(shí)際成形縱梁尺寸進(jìn)行比對，經(jīng)過不斷修改，取得了較好的效果。

2 制件信息

制件的長、寬、高輪廓為6,488×300×80mm，材料牌號為500L，料厚8mm，如圖1所示。

圖1 制件圖

該制件前后方向的落差為70mm，車架裝配完成后在折點(diǎn)位置需要落裝發(fā)動機(jī)及氣瓶支架，車架寬度方向上公差需要控制在±2mm，縱梁翼面需要平整，因此對沖壓縱梁高低差回彈控制有嚴(yán)格要求。沖壓縱梁成形尺寸受設(shè)備主缸壓力、下頂缸壓力、模具結(jié)構(gòu)、潤滑情況、材料狀態(tài)等因素影響。其中，模具結(jié)構(gòu)是影響縱梁成形尺寸，回彈量的關(guān)鍵因素。

3 有限元分析過程

3.1 制件模型的導(dǎo)入與網(wǎng)格劃分

在Catia軟件中對制件進(jìn)行三維模型的建立，對縱梁數(shù)模進(jìn)行修改，將鑲塊合并，如圖2所示，然后在Pro/E中提取模面，去除多余模面，將模型分成上模、下模、托板、定位銷4大功能塊（見圖3），并導(dǎo)入到Dynaform中。在板料成形模擬過程中，網(wǎng)格劃分得越細(xì)，得到的計(jì)算結(jié)果越精準(zhǔn)，與實(shí)際成形結(jié)果越接近。但是，網(wǎng)格越細(xì)，需要的計(jì)算資源越高，計(jì)算時間延長。此縱梁模型尺寸長，劃分越細(xì)，需要的計(jì)算資源會超過Dynaform軟件本身上限。此次分析過程的最小網(wǎng)格大小為3mm。經(jīng)計(jì)算R角上最少劃分3個網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸不大于4.18mm，3mm滿足要求。

圖2 模具三維圖

圖3 模面提取

3.2 材料的確認(rèn)

此縱梁厚度為8mm，從厚度分析，采用體單元進(jìn)行計(jì)算。材料為高強(qiáng)鋼，從材料分析，采用18#進(jìn)行計(jì)算，在Dynaform中選取此材料。

3.3 參數(shù)的確定

縱梁成形設(shè)備為4,000t油壓機(jī)，凸模裝在4,000t設(shè)備滑塊上，由主缸提供動力。凹模固定在設(shè)備底座上的大模架內(nèi)，托板放在凹模中間，隨下頂桿上下移動，托板上平面與凹模上平面平齊。設(shè)置好參數(shù)，當(dāng)板料拉入凹模上面后，滑塊下滑帶動凸模體運(yùn)動，凸模體與板料接觸后，與托板一起將板料壓緊，然后滑塊繼續(xù)下行，帶動凸模體-板料-托板下行，縱梁逐漸成形，在達(dá)到模具底部時，保壓一段時間，然后主缸泄壓，下頂桿帶動托板將縱梁頂出，凸?；氐匠跏嘉恢茫瓿梢粋€成形過程，如圖4所示。

圖4 縱梁成形過程

3.4 凸模運(yùn)動速度及保壓時間

適當(dāng)?shù)奶岣咄鼓５奶摂M模擬運(yùn)動速度，不但可以提高運(yùn)算效率，還能夠保證計(jì)算精度[3]，根據(jù)計(jì)算機(jī)配置及實(shí)際運(yùn)行效果，將凸模的虛擬運(yùn)動速度設(shè)置為1,000mm/s，保壓時間設(shè)置為8s，摩擦系數(shù)為0.125。根據(jù)成形過程中測量下頂缸實(shí)時壓力，下頂缸頂出力統(tǒng)一設(shè)置為10kN。

3.5 任務(wù)提交與運(yùn)算

完成前處理過程后，將模型提交到Dynaform軟件中的LS-DYNA求解器中進(jìn)行求解。處理完后的有限元模型如圖5所示。

圖5 前處理完后的有限元模型

4 模擬結(jié)果分析

此次分析過程中，采用定位銷定位，以后折點(diǎn)位置向后300mm范圍為測量高低差基準(zhǔn)面采用節(jié)點(diǎn)約束法進(jìn)行回彈分析，分析結(jié)果如圖6所示。前折點(diǎn)處高低差最大為65mm，越靠前端位置，回彈越大，高低差越小。

圖6 模擬分析結(jié)果

5 實(shí)際成形結(jié)果分析

針對模擬分析結(jié)果，就制件調(diào)試中高低差采用便攜式三坐標(biāo)進(jìn)行了實(shí)測，其結(jié)果如圖7所示。實(shí)測結(jié)果中同一縱梁，其高低差越靠前端位置，其回彈越大，高低差越小；不同縱梁，相同孔位處回彈趨勢一致，高低差大小不一樣，是由成形過程中壓力機(jī)實(shí)際壓力值不穩(wěn)定引起。

圖7 高低差實(shí)際測量數(shù)據(jù)

6 模擬結(jié)果與實(shí)際成形結(jié)果對比分析

模擬結(jié)果與實(shí)際成形結(jié)果對比分析如圖8所示。圖8中模擬結(jié)果與實(shí)際成形結(jié)果高低差趨勢一致，越靠近縱梁前端位置，回彈越大，高低差越小；理論與實(shí)際對比的相對均值誤差最大在1.2~2.6mm以內(nèi)。

圖8 理論與實(shí)測對比

7 結(jié)論

（1）液壓成形設(shè)備在生產(chǎn)過程中，其壓力值存在波動，會對最終的成形回彈效果產(chǎn)生影響，導(dǎo)致制件穩(wěn)定性差。

（2）本次有限元理論分析與實(shí)際測量數(shù)值存在差異，與材料性能波動、摩擦系數(shù)、材料本構(gòu)關(guān)系模型、設(shè)備狀態(tài)、模具狀態(tài)有關(guān)，但理論與實(shí)際縱梁回彈趨勢一致，可以為后續(xù)工作中不斷優(yōu)化參數(shù)與模具結(jié)構(gòu)提供指導(dǎo)，進(jìn)而提升模具設(shè)計(jì)效率與制件質(zhì)量。