汽車用高強(qiáng)度鋼板沖壓回彈模擬

文/王祖勇，陶長(zhǎng)城，代鄖峰，戴勇·東風(fēng)汽車有限公司東風(fēng)商用車技術(shù)中心侯啟軍·東風(fēng)汽車有限公司東風(fēng)商用車車身廠

汽車用高強(qiáng)度鋼板沖壓回彈模擬

文/王祖勇，陶長(zhǎng)城，代鄖峰，戴勇·東風(fēng)汽車有限公司東風(fēng)商用車技術(shù)中心侯啟軍·東風(fēng)汽車有限公司東風(fēng)商用車車身廠

使用PAMSTAMP沖壓軟件的無模法和有模法，分別模擬兩個(gè)高強(qiáng)鋼零件的切邊回彈，希望能夠提高CAE模擬回彈精度和應(yīng)用水平。通過模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種回彈模擬結(jié)果趨勢(shì)基本一致，但有模法的計(jì)算結(jié)果相對(duì)更符合實(shí)際。

隨著汽車用鋼板迅速朝著高強(qiáng)度化和輕量化的方向發(fā)展，高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用日益廣泛。隨之而來的問題就是，鋼板強(qiáng)度級(jí)別越高，成形越困難，回彈也越大，嚴(yán)重影響零件的精度和裝配質(zhì)量。為了解決高強(qiáng)度鋼板成形性差的問題，避免開裂與起皺，更重要的是要保證零件尺寸和形狀精度，迫切需要一種手段來優(yōu)化工藝方案，從而獲得合格的零件。隨著有限元和塑性理論的不斷完善以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，通過CAE方法優(yōu)化工藝并預(yù)測(cè)回彈已成為可能。

目前，CAE在模擬沖壓件起皺和破裂等缺陷方面的應(yīng)用已達(dá)到了很高的精度，但在回彈計(jì)算方面還需進(jìn)一步提高。基于此，回彈問題成為世界性的難題。本文借助PAMSTAMP軟件對(duì)梁類零件分別進(jìn)行無模法和有模法模擬，計(jì)算高強(qiáng)度鋼板沖壓回彈，并與實(shí)測(cè)對(duì)比來驗(yàn)證CAE模擬結(jié)果，以提高CAE模擬精度。

CAE模擬和回彈實(shí)測(cè)

沖壓件分別為左前縱梁和右前縱梁加強(qiáng)梁，通過三維激光掃描測(cè)零件的回彈值。

左前縱梁

⑴左前縱梁加工工序。該件由5道工序組成，包括落料→拉延→修邊、沖孔→整形→斜楔修邊沖孔，材料是B250P1，見圖1。

⑵全工序模擬。B250P1材料性能參數(shù)是，彈性模量為210kN/mm2，密度為7.85×10-6kg/mm3，泊松比為0.3，r0為1.5，r45為1.4，r90為1.9，屈服強(qiáng)度Rs為0.305kN/mm2，強(qiáng)化系數(shù)k為0.802kN/mm2，硬化指數(shù)n為0.22。應(yīng)用PAMSTAMP進(jìn)行全工序模擬，結(jié)果（包括回彈）見圖2。分別采用有模法（新算法）和無模法（舊算法）計(jì)算回彈，其中無模法的鎖點(diǎn)方式與零件在檢測(cè)支架上的約束方式一致，見圖3?；貜棿笮⒁越孛婢€的方式來表述，相對(duì)產(chǎn)品數(shù)模。

圖1 左前縱梁

圖2左前縱梁全工序模擬結(jié)果

圖3 左前縱梁無模法鎖點(diǎn)方式

⑶回彈實(shí)測(cè)。為了精確驗(yàn)證CAE模擬精度，必須提高回彈實(shí)測(cè)精度。此外，還要考慮到實(shí)用性，也就是檢測(cè)方法應(yīng)與生產(chǎn)實(shí)際相一致。因此，加工了檢測(cè)支架來實(shí)測(cè)零件回彈值，其作用就是保證實(shí)際零件與產(chǎn)品數(shù)模位于同一個(gè)坐標(biāo)系，以使二者具有定量可比性。將零件放入檢測(cè)支架并用定位銷定位，然后用Geomagic Qualify軟件通過三維激光掃描得到零件點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由點(diǎn)云生成的三角面見圖4。為了更直觀地和CAE模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，將零件三角面、產(chǎn)品數(shù)模和模擬結(jié)果一起導(dǎo)入CATIA軟件中以截面切線的方式來分析比較。

圖4左前縱梁點(diǎn)云生成的三角面

右前縱梁加強(qiáng)梁

⑴右前縱梁加強(qiáng)梁。該件由3道工序組成，包括落料、沖孔→拉延→沖孔、斜楔沖孔，材料是590DP，見圖5，料厚1.2mm。

⑵全工序模擬。590DP材料性能參數(shù)是，彈性模量為210kN/mm2，密度為7.85×10-6kg/mm3，泊松比為0.3，r0為0.9，r45為0.9，r90為1.1，屈服強(qiáng)度Rs為0.37kN/mm2，強(qiáng)化系數(shù)k為1.035 kN/mm2，硬化指數(shù)n為0.18。應(yīng)用PAMSTAMP軟件進(jìn)行全工序模擬，結(jié)果（包括回彈）見圖6。分別采用有模法（新算法）和無模法（舊算法）計(jì)算回彈，其中無模法的鎖點(diǎn)方式與零件在檢測(cè)支架上的約束方式一致，見圖7。

圖5 右前縱梁加強(qiáng)梁

圖6 右前縱梁加強(qiáng)梁全工序模擬結(jié)果

圖7 右前縱梁加強(qiáng)梁無模法鎖點(diǎn)方式

圖8 右前縱梁加強(qiáng)梁零件三角面

⑶回彈實(shí)測(cè)。將零件放入檢測(cè)支架并用定位銷定位，然后用Geomagic Qualify軟件通過三維激光掃描得到零件點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由點(diǎn)云生成的三角面見圖8。為了更直觀地和CAE模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，將零件三角面、產(chǎn)品數(shù)模和模擬結(jié)果一起導(dǎo)入CATIA軟件中以截面線的方式來分析比較。

CAE計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)值對(duì)比分析

左前縱梁

由于模擬結(jié)果為板料的中間層，因此對(duì)圖2中模擬得到的零件回彈后中間層向外偏移50%料厚，得到板料的外表面，然后與實(shí)測(cè)零件外表面的三角面和產(chǎn)品數(shù)模面一起導(dǎo)入CATIA軟件進(jìn)行對(duì)比。具體方法是，在Y坐標(biāo)50mm的平面截取4個(gè)面，得到的4條切線見圖9，其中黃色線為產(chǎn)品數(shù)模，紅色線為實(shí)測(cè)結(jié)果，綠色線為有模法計(jì)算結(jié)果，藍(lán)色線為無模法計(jì)算結(jié)果。

圖9 Y坐標(biāo)為50mm截面線

右前縱梁加強(qiáng)梁

由于模擬結(jié)果為板料的中間層，因此，對(duì)圖6中模擬得到的零件回彈后中間層向外偏移50%料厚，得到板料的外表面，然后與實(shí)測(cè)零件外表面的三角面和產(chǎn)品數(shù)模面一起導(dǎo)入CATIA軟件進(jìn)行對(duì)比。具體方法是，以Y坐標(biāo)為400mm的平面截取4個(gè)面，得到的四條切線見圖10，其中黃色線為產(chǎn)品數(shù)模，紅色線為實(shí)測(cè)結(jié)果，藍(lán)色線為無模法模擬結(jié)果，綠色為有模法模擬結(jié)果。

圖10 Y坐標(biāo)為400mm截面線

對(duì)比分析

計(jì)算回彈時(shí)，無模法（舊算法）為了限制板料剛體位移，必須約束其六個(gè)方向的自由度，施加位置通常是回彈最小處。但由于沖壓件形狀和受力復(fù)雜，導(dǎo)致不同的施加方式對(duì)計(jì)算結(jié)果影響非常大，因此也限制了軟件的實(shí)用性。而有模法（新算法）是通過板料與模具接觸來計(jì)算回彈，同時(shí)也考慮了重力對(duì)回彈的影響，減少了人為因素的影響，更符合實(shí)際情況。

通過以上兩個(gè)零件的回彈模擬和實(shí)測(cè)對(duì)比也可看出，兩種回彈算法的CAE模擬和實(shí)測(cè)結(jié)果總體趨勢(shì)大致是一樣的，有模法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值更接近，但局部區(qū)域與實(shí)測(cè)值還是存在一定的差異。另外，零件形狀簡(jiǎn)單，回彈模擬精度相對(duì)提高，而零件形狀復(fù)雜，回彈模擬精度相對(duì)降低。

結(jié)束語

⑴PAMSTAMP新舊兩種回彈算法的CAE模擬和實(shí)測(cè)結(jié)果總體趨勢(shì)大致是一樣的，有模法(新算法)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值更接近。

⑵回彈計(jì)算精度仍有待提高，以推進(jìn)其實(shí)用性。