基于ABAQUS的板料沖壓回彈模擬研究

劉先蘭，張文玉，伍杰，楊輝，晏恒煊

（湖南工學院機械學院，湖南衡陽421002）

基于ABAQUS的板料沖壓回彈模擬研究

劉先蘭，張文玉，伍杰，楊輝，晏恒煊

（湖南工學院機械學院，湖南衡陽421002）

采用ABAQUS有限元分析軟件，建立強度比值為1.0、0.8和0.5的幾種拼焊板進行數(shù)值模擬，分析沖壓成形回彈角的變化規(guī)律。結果表明：板材屈服強度為100MPa、強度比為0.5時，回彈角最小為2.0°。板材強度一定時，回彈角隨著強度比的增加而增加。強度比值一定時，回彈角隨著板材屈服強度的增加而線性增加。

沖壓成形；回彈；數(shù)值模擬；強度比；拼焊板

拼焊板沖壓成形技術實現(xiàn)了零件的高度復合化，成為實現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑之一[1]。在強化車身局部強度、剛度的同時，降低了汽車的生產(chǎn)成本，應用前景非常廣闊[2，3]。然而，拼焊板的使用提高了沖壓成形技術的難度，如沖壓成形過程中的回彈、破裂和起皺等缺陷[5]。本文通過采用ABAQUS有限元分析軟件進行數(shù)值模擬，建立強度比值不同的幾種拼焊板模型，分析其成形性能的影響因素，找出沖壓變形規(guī)律，為生產(chǎn)實踐提供指導。

1 沖壓過程三維實體建模

沖壓模擬過程如圖1所示。以強度分別為300MPa、200MPa和100MPa的板料，建立拼焊板三維模型的強度比值分別為1.0、0.8和0.5，楊氏模量100000MPa，泊松比0.3，摩擦系數(shù)0.05。

圖1 沖壓成形模擬過程

圖1a表示沖壓成形結束時沖頭還未離開板材時的狀態(tài)，對應板材的彎曲角度如圖2a所示，即回彈前的角度；圖1b表示沖壓成形結束后沖頭離開板材時的狀態(tài)，對應板材的彎曲角度如圖2b所示，即回彈后的角度。

圖2 回彈前后彎曲角度

2 結果和討論

按照上述的模擬方法，對屈服強度分別為300MPa、200MPa和100MPa的板材，與強度比分別為1.0、0.8和0.5的板材進行拼焊并對其進行沖壓模擬分析，測試其回彈前后的角度及其角度差值如表1所示。根據(jù)其變化規(guī)律，繪制其變化曲線如圖3所示。

由表1和圖3可以看出，當強度比一定時，拼焊板的沖壓回彈角隨著基材強度的增加而線性增加。當強度比為1時，隨著基材強度由300MPa降低至100MPa，拼焊板的沖壓回彈角由10.3°降低到3.4°；當強度比為0.5時，隨著基材強度由300MPa降低至100MPa，拼焊板的沖壓回彈角由5.8°降低到2.0°。說明強度比一定時，基材強度越小，回彈角就越小。當基材屈服強度為300MPa時，隨著強度比值由1降低到0.5時，拼焊板的沖壓回彈角由10.3°降低到5.8°，當基材屈服強度為100MPa時，隨著強度比值由1降低到0.5時，拼焊板的沖壓回彈角由3.4°降低到2.0°。說明基材屈服強度一定時，隨著強度比的降低，即兩拼焊板強度差越大，回彈角也隨之降低。

由于拼焊板兩側的材料強度不同，屈服強度小的一側，產(chǎn)生塑性變形所需要的強度低，即較小的應力作用下產(chǎn)生較大的變形。在同等強度條件下變形時，拼焊板兩側材料的變形不一致，屈服強度低的材料容易變形，隨著拼焊板強度差值的增加，應變增大，不容易產(chǎn)生回彈現(xiàn)象。因此，當強度比值相同時，回彈隨著屈服強度的增加而增大，當基材強度一定時，回彈隨著強度比值差異的增加而減小。

表1 不同強度比的沖壓成形回彈角

圖3 強度比不同的回彈角的變化規(guī)律

3 結論

通過采用ABAQUS有限元分析軟件，模擬分析了基材強度分別為300MPa、200MPa和100MPa的板料，強度比值分別為1.0、0.8和0.5的幾種拼焊板在沖壓成形過程中的回彈現(xiàn)象。當強度比值相同時，隨著基材屈服強度的增加，回彈角增大。當強度比值由1變化到0.5時，基材強度相同的板材的回彈角隨之減小。強度越低，強度比值差異越大，回彈角越小。

[1]李淑慧，林忠欽，倪軍，等.拼焊板在車身覆蓋件沖壓成型中的研究進展[J].機械工程學報，2002，38（2）：1-7.

[2]李艷華，林建平.汽車車身激光拼焊板國內(nèi)外研究進展[J].汽車工程，2014，（6）：763-767.

[3]宋燕利，華林.車身覆蓋件拼焊板沖壓成形技術的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國機械工程，2011，（1）：111-118.

[4]熊保玉.基于CAE技術的汽車前門窗框加強板拉延成形研究[J].鍛壓裝備與制造技術，2016，51（2）：84-87.

[5]高超，顏江，李其剛，等.拼焊板盒形件的成形性能與焊縫移動的研究[J].鍛壓裝備與制造技術，2010，45（4）：55-58.

[6]段永川，官英平.激光拼焊板焊接工藝及焊后的力學性能[J].塑性工程學報，2014，（3）：67-72.

[7]胡宏勛，肖華.拼焊板沖壓回彈的數(shù)值模擬研究[J].鍛壓裝備與制造技術，2007，42（3）：84-86.

[8]伍杰，張蓉，李理，等.拼焊板沖壓成形失效的研究進展[J].熱加工工藝，2014，43（23）：28-30.

[9]龔小濤.凸模圓角半徑對板料沖壓連接質量的影響規(guī)律研究[J].鍛壓裝備與制造技術，2015，50（2）：71-73.

[10]葉玉剛，薛勇，段江年.板料成形回彈模擬及補償技術研究現(xiàn)狀[J].鍛壓裝備與制造技術，2009，44（3）：18-22.

Simulation study on stamping spring back of plate on the basis of ABAQUS

LIU Xianlan,ZHANG Wenyu,WU Jie,YANG Hui,YAN Hengxuan
（Department of Mechanical Engineering,Hunan Institute of Technology,Hengyang 421002,Hunan China）

The numerical simulation has been conducted to tailor welded plate with different intensity ratio of 1.0, 0.8 and 0.5 by use of ABAQUS 6.10 finite element analysis software.The changing rule of stamping spring back angle has been analyzed.The results show that the minimum spring back angle is 2.0°on the conditions of the yield strength of 100 MPa and the intensity ratio of 0.5.The spring back angle increases with the increase of strength ratio when the intensity of plate is fixed,while the spring back angle increases linearly with the increase of plate yield strength when the intensity ratio is fixed.

Stamping;Spring back;Intensity ratio;Simulation

TG386

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.05.024

1672-0121（2016）05-0083-02

2016-06-24；

2016-08-12

湖南省科技計劃資助項目（HS15016）；湖南省大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃資助項目（20145411814）；湖南工學院博士科研啟動項目（HQ13001）

劉先蘭（1966-），女，博士，教授，從事材料加工工程和金屬材料等研究。E-mail：407251701@qq.com