高强钢汽车结构件成形数值模拟及回弹分析

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随着汽车工业对车身轻量化、降低燃料消耗及安全性的要求日益提高,高强钢材料得到越来越广泛的应用。但在以高强钢为材料的汽车结构件产品开发过程中发现,由于冲压件结构复杂,高强钢本身高屈服强度和高抗拉强度材料特性,导致冲压件成形性能较差,极易产生起皱、拉裂及回弹等多种缺陷,增大了产品质量控制以及模具开发的难度,严重制约了高强钢材料在汽车结构件上的应用。因此如何有效控制高强钢成形缺陷成为高强钢材料广泛应用的关键。本文结合工厂生产实例,选择材料为DP450的某轿车中通道为研究对象,基于AUTOFORM软件开展了高强钢冲压成形数值模拟及回弹控制的研究工作,为高强钢汽车结构件冷冲压成形的实际生产提供指导。主要的研究工作有以下几点:1、基于S型件研究高强钢材料DP450的成形性能。首先分析S型件成形特点:其两侧直壁部分由于侧壁应力分布不均匀,易引起回弹问题;S型件中间弯曲部分,由于存在外曲翻边、内曲翻边成形,使弯曲部分两侧分别受到切向压应力和切向拉应力作用,易引起起皱和减薄的问题。AUTOFORM软件的模拟分析结果与理论分析相符,其中直壁部分回弹严重。对比DP450、DP780、HSLA300三种不同材料的直壁部分回弹发现高强钢材料的回弹问题更加严重。利用S型件直壁部分分析压边力、摩擦系数,凸模圆角、模具间隙等工艺参数对高强钢材料DP450的回弹影响规律,结果表明回弹角随压边力、摩擦系数的增大而减小,随凸模圆角、模具间隙的增大而增大,其中采用合理的压边力和拉延筋配合,能够有效控制法兰边部分的回弹缺陷;2、基于高强钢材料DP450的中通道成形分析及数值模拟。根据中通道结构特点以及高强钢材料特性制定冲压件的初步成形方案,建立冲压件的有限元模型,利用AUTOFORM软件对该方案的成形过程进行全工序仿真。模拟结果表明冲压件存在拉裂和起皱的成形缺陷,其中两个端部的拉裂问题尤为严重。为解决高强钢成形缺陷问题,提出更合理的成形方案:调整拉延模型四周底部的过渡圆角尺寸并优化拉延工艺参数,在翻边工序中添加整形工艺。中通道冲压件成形方案为拉延-修边冲孔-翻边整形,模拟结果验证了该方案的可行性,中通道冲压件成形缺陷基本消除;3、基于AUTOFORM软件对中通道进行全工序回弹模拟。模拟结果表明产品整体回弹情况良好,但局部区域法兰边回弹超差。根据制件的结构特点结合产品的实际加工情况,在翻边整形工序中添加控制局部回弹的整形模块,通过AUTOFORM软件验证该方案的可行性,并针对回弹整形模面进行设计优化,有效的消除了冲压件局部区域回弹超差缺陷。根据冲压件结构特点以及高强钢材料特性,设计合理的成形方案,并利用AUTOFORM软件数值模拟分析、验证,优化成形模型,能够有效预测并控制高强钢冲压件成形缺陷及回弹问题,指导实际生产,使高强钢冲压件的各项指标均达到合格标准。
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