商用車防護(hù)梁繞彎成形有限元模擬研究

梁策 王愛(ài)成 李義

摘 要：某型商用車防護(hù)梁采用高強(qiáng)鋼帶輥彎成型制得“日”字形截面型材，然后對(duì)一定長(zhǎng)度型材兩側(cè)進(jìn)行繞彎，以便安裝在保險(xiǎn)杠總成上。本文分析了防護(hù)梁繞彎成型的難點(diǎn)，設(shè)計(jì)了有芯碾壓式繞彎裝置，并對(duì)其進(jìn)行有限元仿真模擬，改進(jìn)后所生產(chǎn)的防護(hù)梁符合質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：商用車防護(hù)梁;繞彎成形;數(shù)值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.021

1 概述

汽車前保險(xiǎn)杠通常是車輛碰撞事故中首先接觸到的部位，可以降低對(duì)人的傷害程度，同時(shí)減小對(duì)車輛的損壞。防護(hù)梁是汽車前保險(xiǎn)杠最重要的組成部分，成形精度要求高，零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成形弧度和變形程度較大，極易出現(xiàn)斷裂、起皺等缺陷。因此，汽車前保險(xiǎn)杠防護(hù)梁的制造工藝對(duì)于提高汽車被動(dòng)安全性具有重要的意義。

本文研究的高強(qiáng)鋼“日”字形截面汽車防護(hù)梁，其制造工藝包括兩個(gè)部分：第一，將高強(qiáng)鋼帶輥彎成形制成“日”字型截面型材;第二，將型材兩端同時(shí)彎曲一定弧度，制得防護(hù)梁成品。

2 商用車防護(hù)梁繞彎成形有限元模擬研究

本文研究的防護(hù)梁材質(zhì)是寶鋼B700L大梁高強(qiáng)鋼，采用美國(guó)MTS810進(jìn)行拉伸測(cè)。

由輥彎?rùn)C(jī)組制得的高強(qiáng)鋼“日”字形截面型材，需要將兩側(cè)彎曲一定的弧度，最終制得防護(hù)梁。為了將實(shí)現(xiàn)這一工藝，對(duì)型材彎曲裝置進(jìn)行開發(fā)。

將“日”字形截面防護(hù)梁進(jìn)行彎曲一定弧度，常用的方案就是繞彎。由于材料強(qiáng)度高，并且彎曲弧度小，為了消除彎曲過(guò)程中的斷裂、褶皺等缺陷，設(shè)計(jì)適應(yīng)型材內(nèi)腔的柔性模芯，提供足夠的支撐力。

利用有限元技術(shù)，對(duì)柔性模芯繞彎成形進(jìn)行仿真研究。模型在ABAQUS/Explicit環(huán)境中運(yùn)行，其中分析步時(shí)長(zhǎng)0.01，質(zhì)量縮放系數(shù)為100，忽略摩擦對(duì)模型的影響。

高強(qiáng)鋼防護(hù)梁柔性模芯繞彎有限元仿真效果圖如圖1（a）所示，圖中各部件的位置與實(shí)際繞彎成形機(jī)相似。型材繞彎后與實(shí)際對(duì)比圖如圖1（b）所示，從圖中觀察到褶皺與實(shí)際褶皺相似，并且型材彎曲內(nèi)側(cè)鋼板有一定褶皺。模型有效地模擬了加工過(guò)程，并且仿真效果與實(shí)際相近，從而證明了仿真的有效性。

改變圖1中柔性模芯活塊的結(jié)構(gòu)使其成為緊湊型柔性模芯。通過(guò)模型活塊的設(shè)計(jì)，嘗試將柔性模芯活塊改為上大下小，使得加工成型后小塊之間能夠更緊密的貼合，有效抑制因?yàn)榛顒?dòng)塊設(shè)計(jì)問(wèn)題或者拔出時(shí)的錯(cuò)位。這種設(shè)計(jì)使得型材的繞彎加工效果更好。示意圖如圖2所示。

從圖中可以看出，在這種緊湊型柔性模芯的設(shè)計(jì)中，繞彎后芯塊之間貼合緊湊，繞彎產(chǎn)生的褶皺基本可以消除。

3 結(jié)論

（1）柔性模芯芯塊在繞彎后的位置更加穩(wěn)定，消除了柔性模芯芯塊錯(cuò)位、運(yùn)動(dòng)不規(guī)則等造成的缺陷，并且實(shí)際情況下，這樣設(shè)計(jì)的柔性模芯更容易拔出。

（2）通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果研究，指導(dǎo)成形工藝開發(fā)，并且與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，不斷修改繞彎裝置設(shè)計(jì)，生產(chǎn)應(yīng)用效果較好。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：吉林省科技廳重點(diǎn)科技研發(fā)項(xiàng)目（20180201074GX）

作者簡(jiǎn)介：梁策（1987-），女，吉林長(zhǎng)春人，博士，副教授，研究方向：材料加工工程。