冲压工艺对汽车零部件结构性能影响研究

文章编号:100124934(2009)0620009203

冲压工艺对汽车零部件结构性能影响研究

马　斌1,刘永辉2,赵臻麟3,申　昱3

(1.上海汽车集团股份有限公司　乘用车公司,上海　201804;

2.青岛海尔集团　PD 设计中心,山东青岛　266103;

3.上海模具技术研究所有限公司,上海　200030)

摘　要:为了研究冲压工艺对汽车零部件结构性能的影响,以某汽车零件的局部抗凹

性能为例,利用数值模拟技术研究了冲压工艺对汽车零部件结构性能的影响。比较不同条件下测量点处的位移可以发现,考虑冲压工艺时测量点处的局部抗凹性能较优。研究结果表明,冲压工艺对结构局部抗凹性能有显著影响,评价零件结构性能时考虑冲压工艺影响将提高评价精度。

关键词:冲压;结构性能;抗凹性能;数值模拟中图分类号:T G386　　　　文献标识码:A

Abstract :I n or de r t o i nvestigate t he i nf lue nce of sta mpi ng p rocess on t he st ruct ural p erf or m 2

a nce of aut o p a rts ,it was si mulated by ta ki ng t he local de nt resista nce of aut o p a rts as a n exa mple.By comp a ring displace me nts of measuri ng p oi nts under diff e re nt conditions ,it was f ound t hat t he local de nt resista nce was better w he n t he sta mpi ng p rocess was ta ke n i nt o conside ration.Results s how t hat t he local de nt resista nce of aut o p a rts is greatly i nflue nced by t he sta mpi ng p rocess ,a nd t he consideration of sta mpi ng p rocess will i ncrease t he st ruc 2tural evaluation p recision of aut o p a rts.

K eyw ords :sta mpi ng ;st ructural p erf or ma nce ;de nt resista nce ;numerical simulation

0　引言

汽车零部件,特别是具有一定承载能力的结构件,很大比例是利用冲压工艺制造完成。目前,整车开发还很少考虑冲压工艺对零件强刚度、动态及碰撞吸能性能的影响。但是,实际零部件制造中,板料冲压时材料产生塑性变形,出现加工硬化现象,导致材料屈服应力升高,延伸率下降[122];同时由于成形时板料厚度变化不均,导致成形件各处强刚度不一致,影响了零件

整体的强刚度及动态性能,也导致了零件各处

临界失稳条件不一致,碰撞吸能性能发生变化。因此,对冲压制造的零部件进行强刚度、动态及碰撞吸能性能评估时考虑冲压工艺的影响将有助于提高评价精度,进而为零部件及汽车结构设计与优化提供更为准确的依据。

对于冲压工艺对零部件结构性能的影响,国内外学者进行了部分相关研究工作。Kellicut 等[3]通过进行液压成形的S 形圆管冲击模拟,研究了液压成形后零件壁厚、应力、应变分布对冲击性能的影响;Dagson [4]研究了考虑成形影

响的车身顶梁冲击问题;Dutton [5]研究了考虑冲压影响的整车碰撞性能;Holmberg 等[6]研究了冲压工艺对车身面板抗凹性能的影响;Wang

Wu 2rong 等[7]研究了冲压工艺对引擎支架疲劳

性能的影响。从已有研究可以看出,冲压工艺对于零件结构多方面的性能存在一定的影响,考虑冲压影响的汽车零部件结构分析能够改善零部件结构性能评估精度。

基于国内外研究现状,本研究拟选择冲压成形的典型汽车零件,采用数值模拟技术对零件的局部抗凹性能进行研究,通过比较考虑冲压影响与不考虑冲压影响2种条件下的相关物理量值,以期进一步深入理解冲压工艺对零部件结构性能的影响。

1　冲压成形模拟

1.1　模型构造

某汽车零件如图1

所示。

图1　零件几何模型

　　零件选用厚度为1mm 的板料。材料为

DQS K T36,选用3参数Barlat 模型,材料应力-应变曲线通过实验获得,Barlat 指数m =6,R 0=1.87,R 45=1.27,R 90=2.17;摩擦因数0.125;

压边圈上施加200kN 压边力。成形过程分为成形和回弹两步,在Dynaform 软件中实现。

1.2　冲压成形模拟结果及讨论

零件回弹后的成形极限图如图

2所示。

图2　成形极限图

　　由图2可以看出,板料在成形过程中不同部位或承受拉深,或承受压缩,从而使板料产生减薄或起皱(趋势)。板料的这些变化将引起成形件内应力及材料屈服应力等的变化,同时对零件屈曲失稳及碰撞吸能性能产生影响。

模拟所得冲压成形各相关物理量分布如图

3所示。

图3　冲压成形物理量分布

综合以上几种影响因素可以看出,冲压成形工艺对零件各部位结构性能的影响是由上述作用相互叠加而成,各因素的作用有些是相反的,如材料的减薄与加工硬化,有些作用的效果决定于该部位受载条件,即材料是处于拉深状态还是压缩状态,如残余应力的影响。因此,评价成形工艺对零件结构性能的综合影响与具体的结构分析条件密切相关。

2　局部抗凹性能模拟

汽车零件局部抗凹性能主要用来评价汽车覆盖件类零件的局部刚度性能。该性能的评价指标目前还未有统一规范,不同汽车制造厂商的相关标准存在一定差异。本研究采用某汽车制造公司的相关标准对前述汽车零件在考虑冲压工艺影响与不考虑冲压工艺影响条件下分别进行局部抗凹性能数值模拟研究,通过比较不同条件下相关量值,研究冲压工艺对零件局部抗凹性能影响。

2.1　模型构造

根据相关标准,覆盖件局部抗凹性能试验中覆盖件四周固定约束,采用直径为25.4mm 的半球形刚性压头向覆盖件上选定部位沿法线方向压入,压头上所施加的最大力为130N。

为了对不同部位抗凹性能进行比较,本研究中选择前述零件的2个位置(见图1中位置1和2)分别在考虑与不考虑冲压工艺影响条件下进行模拟。整个模拟过程在Ls2Dyna软件中完成。

2.2　模拟结果及讨论

位置1处加载到最大力后所得不同条件下的位移分布如图4

所示。

图4　位移分布

由图4可见,冲压工艺对成形件的抗凹性能有明显影响。结合前述冲压模拟结果可知,造成图4中差别的原因正是由于板料经冲压后材料加工硬化、板料厚度及残余应力3种因素共同作用所致。

进一步分别选择不同条件下压头与板料初始接触点,获得该处的位移-时间曲线如图5所示。　　由图5可见,在本研究所选的2个施压位置,冲压工艺的影响降低了成形件的抗凹性能。若以所施加的力与施力点处最大位移的比值来描述局部抗凹性能,则由冲压工艺影响导致的2个施压位置处局部抗凹性能分别下降了8%和12%。同时还可看出,位置1处抗凹性能下降较位置2处小。结合前述冲压模拟结果可知,零件成形后,回弹导致位置1和2处的板料趋于平缓,即曲率减小,同时由位置1和2处加载方向及此两处零件形状可判断,局部施加载荷导致的零件局部弯矩与成形导致的残余应力产生的弯矩一致,从而使得考虑冲压工艺影响后计算的局部抗凹性能较低;另外,冲压成形过程中位置1处变形较位置2处小,即更接近原始板料的性能,因此导致位置1处抗凹性能在考　(下转第16页)构,较以往传统抽芯机构相比,大大地简化了模

具结构设计,降低了生产成本。其成型零件均

采用镶件组合结构,降低了零件的加工难度。

参考文献:

[1]塑料模设计手册编写组.塑料模设计手册[M].

北京:机械工业出版社

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[2]Pye R GW.Injection Mould Design[M].New

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[3]田福祥,贺斌.自动脱螺纹注塑模设计[J].工程

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[4]翟勇波,姚德强.气动曲柄滑块圆弧抽芯机构设

计[J].模具工业,2008(3):57260.

(上接第11页)

虑冲压影响与不考虑冲压影响2种条件下更为接近。

图5　加载点处位移-时间曲线

3　结论

本文以考察零件局部抗凹性为例,研究了冲压工艺对零件结构性能的影响。结果表明,测量点处的局部抗凹性能在考虑冲压影响时较优,冲压工艺对零件的结构性能存在一定程度的影响。因此,对零件结构性能评价时考虑冲压工艺的影响将提高评价精度。

参考文献:

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