车身高强度钢板冲压成形有限元分析

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高强钢板22MnB5热成形的一步逆成形有限元方法

高强钢板22MnB5热成形的一步逆成形有限元方法李晓达;张向奎;胡平;刘伟杰【摘要】在高强钢板热冲压产品及模具设计的早期,缺少一个仅仅根据产品的形状以及少量的模具信息就能快速评估出热冲压件可成形性的工具,能对后续的产品及模具设计起到指导作用.针对以上问题,提出并实现了高强钢板22MnB5热成形的一步逆成形有限元方法,用来快速评价高强钢板22MnB5在高温奥氏体状态下的可成形性.并以某汽车B柱的加强板为例进行计算,将其模拟结果与热冲压实验结果进行对比.结果表明:模拟结果与实验值基本一致,证实了高强钢板22MnB5热成形的一步逆成形有限元方法的有效性.%In the initial phase of hot stamping product and die design for high-strength steel sheet, there is a lack of a tool which can quickly simulate the formability of hot stamping work piece only according the shape of the work piece and little die information, which will play a guiding role for subsequent product and die design. In view of the above problems, One-step inverse forming FEM (Finite Element Method) for hot forming of high-strength steel sheet 22MnB5 was proposed and implemented, which could quickly evaluate the formability of high-strength steel sheet 22MnB5 in the state of austenitic at high temperature. Taking a B-pillar stiffer for example, the method was applied to simulate the formability, and the simulation result was compared with the result of hot stamping experiment. The result showed that the simulation result was in good agreement with the experimental data, which had confirmed the effectiveness of One-step inverse forming FEM for hot forming of high-strength steel sheet 22MnB5.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】3页(P13-15)【关键词】一步逆成形;热成形;高强钢板;22MnB5;热冲压;奥氏体【作者】李晓达;张向奎;胡平;刘伟杰【作者单位】大连理工大学汽车工程学院,辽宁大连 116024;吉林大学珠海学院,广东珠海 519041;大连理工大学汽车工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学汽车工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学汽车工程学院,辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】TH16;TG306热冲压是解决高强钢板成形困难的关键技术之一，主要因为在高温下钢板具有变形抗力小，塑性好，回弹小，易于成形等特性。

汽车高强板冲压成形的回弹补偿研究

汽车高强板冲压成形的回弹补偿研究摘要：回弹问题一直是汽车高强板冲压成形中的一大难题，而回弹补偿是控制回弹量的一种有效途径。

本文以某汽车高强板零件为例，进行全工序仿真模拟和回弹分析，利用位移回弹补偿原理对拉延型面和整形型面进行回弹补偿，并将回弹补偿后的工艺数模再次进行回弹分析，验证回弹补偿结果是否满足设计产品的精度要求，为控制汽车高强板冲压成形的回弹提供依据。

关键词：高强板；回弹补偿；位移；Autoform；ThinkDesign1 引言近年来，出于安全性、经济性和环保性的考虑，车身轻量化逐渐成为汽车工业发展的趋势之一，高强度钢板越来越广泛的应用在汽车车身制造中[1]。

然而，较普通钢板而言，高强板较低的断面收缩率以及较高的屈服强度，使得生产中容易产生回弹、破裂等成形缺陷[2]。

尤其是回弹问题，在相同条件下，高强板比普通钢板的回弹更为严重。

如何有效的控制高强板的回弹，成为冲压成形领域的一大难点。

传统的模具设计补偿方法是在模具车间现场试模实施，再通过人工手动修模得以实现，修改模具型面的次数较多，增加了模具的试模次数，模具的设计和制造周期长。

采用CAD 软件手工修改模具型面，整个修改过程不仅费时耗力，而且修改后的模型曲面质量也不好[3]。

本文利用了位移回弹补偿原理，通过Autoform软件对某汽车高强板零件进行全工序模拟，分析各工序的回弹仿真结果，运用ThinkDesign软件中的GSM（Global Shape Modeling)功能对拉延型面和整形型面进行回弹补偿，将回弹补偿后的工艺数模再次运用Autoform进行回弹仿真分析，验偿回弹补偿结果是否满足设计产品的精度要求。

2 位移回弹补偿原理2.1 位移回弹补偿流程位移回弹补偿的模具设计方法就是利用有限元数值模拟计算回弹，然后在预估有回弹的区域作出反方向的补偿值，使零件成形后的反弹正好与补偿值抵消，从而得到合格产品。

具体流程如图1所示。

图1 位移回弹补偿流程图2.2 几何补偿算法[4]在板料的有限元分析中，可以将成形零件离散成有限个单元，假设理想零件形状R是由n个节点构成的单元集合R3，回弹形状为S，即R=｛r i︱r∈R3，1≤i≤n}S=｛s i︱s∈R3，1≤i≤n}对于节点i，回弹后形状由r i变成s i，补偿后形状C为C=R+α(S-R) ≈c i=ri+α(s i-r i) （α为补偿因子）对补偿后的工艺数模重新进行全工序模拟和回弹模拟，直到找到合适的补偿因子，当满足形状偏差ε时，回弹补偿过程结束。

汽车覆盖件冲压成形非线性有限元仿真分析及质量管理

车辆工程技术29车辆技术1　绪论1.1　引言随着计算机技术及有限元技术的发展，应用数值仿真方法对板料成形过程进行计算机模拟，以替代实际试模，为覆盖件工艺设计、模具设计提供可靠的判据和合理的工艺参数，已成为当前覆盖件工艺设计、模具设计中一种重要手段。

通过在Auto-Form软件中对某汽车覆盖件进行冲压仿真，阐述了实现板料成形有限元仿真的基本步骤和仿真分析过程中的一些关键技术问题, 为实际的汽车覆盖件模具冲压成形的优化提供了参考。

1.2　汽车覆盖件冲压技术及其进展汽车覆盖件主要是指覆盖汽车发动机、底部、驾驶室和车身的用金属薄板冲压形成的表面零件和内部零件。

与一般冲压件相比，汽车覆盖件具有材料薄、形状复杂、自由曲面多、结构尺寸大以及表面质量要求高等特点。

1.3　覆盖件制造工艺流程管理分析拉延模具开发的关键是模具型面的设计，模具冲压工艺的设计很大程度上依赖于经验，为了避免修模时补焊，生产中一般都采取比较保守的设计原则，造成了后序较大的修模余量，这不仅增加了修模的难度和强度，而且每修模一次，卸、安装模具也要耗费大量时间，使得模具的开发周期和成本难以降低。

1.4　课题的主要研究内容和目的（1）利用工业工程的相关管理模块对覆盖件模具制造工艺流程进行了初步的设计管理，探讨了在工艺设计流程中，有限元仿真技术在现代设计中的作用。

（2）利用所建立的CAD模型，参照实际生产中的工艺参数，完成前壁板拉延成形过程中成形缺陷的重现，分析缺陷的形成原因和主要影响因素。

（3）针对缺陷的形成原因，以消除破裂和起皱为主要优化目标。

2　车身覆盖件冲压成形非线性有限元仿真理论2.1　概述冲压成形是一个多重非线性问题，不仅是几何非线性，而且是材料(物理)非线性，需要同时对几何非线性，材料非线性和接触非线性进行分析。

2.2　覆盖件冲压成形理论2.2.1　拉伸失稳理论拉裂是薄板冲压成形工艺过程中常见的失效形式，从宏观上来说，它是材料拉伸失稳的表现。

汽车B柱高强度钢热冲压工艺分析

汽车B柱高强度钢热冲压工艺分析张浩（沈阳华晨金杯汽车销售有限公司，辽宁沈阳110044）摘要：简要介绍了热冲压成形工艺原理，结合某汽车B柱成形案例，从参数值确定、数值模拟前期处理、数值结果分析等方面，分析了热冲压成形工艺在生产汽车B柱中的具体应用，总结了热冲压成形工艺在模具选择方面的注意事项。

关键词：汽车B柱；高强度钢；热冲压工艺0引言热冲压工艺又称为热成形技术、冲压硬化技术，是指当板料处于红热阶段时冲压成形。

在热冲压之前，需要计算原材料用量，先行下料，然后把下料好的高强度钢放置到加热设备中直至奥氏体化，温度一般为880～950℃，再然后将其放到具有冷却功能的模具上成形，在此过程中模具表面会使钢冷却、淬火，出现相变，形成马氏体，此时已经成形的汽车B 柱的强度大幅提高。

实践表明，钢强度可由500～600MPa提升到1500MPa，提高了250%，该技术被广泛应用于汽车高强度钢的成形过程中[1]。

1汽车B柱高强度钢热冲压工艺本文以某汽车B柱高强度钢成形为例，对热冲压工艺展开分析。

该汽车B柱规格为1316mm×282mm×295mm，厚度0.8mm。

其顶部凸台高，两端存在较深台阶，局部形状易变，成形过程中容易出现起皱问题。

该工艺主要包括拉延、修边、冲孔、整形4道工序，高温状态下高强度钢的流动性良好。

1.1确定参数值通过CATIA构建B柱有限元模型，热冲压工艺部件成形期间会受到温度、塑性等参数的影响。

因此，实践中往往通过热-力-相变耦合分析方法进行研究。

高强度钢材模型使用22MnB5，厚度0.8mm，加热后最后温度设定为950℃。

热冲压工艺应用初期，模具温度因其与板料接触而上升，同时又因其内部包含冷却水道，该过程中模具温度人为感受近似不变。

将模具温度设定为50℃。

相对模具而言，板料热传导系数设定为3500W/（m2·K）。

热冲压速度设定为100mm/s。

冲压期间全部摩擦系数均设定为0.35。

车身高强度钢板冲压回弹仿真与控制研究的开题报告

车身高强度钢板冲压回弹仿真与控制研究的开题报告1. 题目车身高强度钢板冲压回弹仿真与控制研究2. 研究背景汽车车身的轻量化是未来发展趋势之一，高强度钢板的运用是实现车身轻量化的有效途径之一。

但是，在车身高强度钢板冲压加工过程中，由于材料属性的影响，会出现材料的回弹现象，导致成型精度不高、材料浪费等问题，严重影响生产效率和成本控制。

因此，如何减少材料的回弹现象，提高成型精度，是当前亟待解决的问题。

3. 研究内容该项目旨在通过数值仿真和控制实验研究，探索车身高强度钢板冲压回弹现象的发生机理、回弹预测与仿真技术、回弹控制技术等方面的问题。

具体研究内容包括：（1）理论分析车身高强度钢板冲压回弹机理，确定影响回弹的因素和关键参数；（2）开展高强度钢板的回弹性能测试，建立高强度钢板回弹模型和数值模拟的方法；（3）通过有限元仿真，分析高强度钢板冲压回弹现象，探究不同冲压参数对回弹率的影响；（4）探索回弹控制的方法和措施，为改进高强度钢板冲压工艺提供指导；（5）开展相关实验验证，验证仿真结果的有效性，并分析实验结果与理论分析的符合程度。

4. 研究意义高强度钢板是汽车轻量化的重要途径，但回弹现象的存在限制了高强度钢板的应用范围，提高回弹控制技术，不仅可以提高高强度钢板冲压加工的精度和效率，也可以控制成本，提高汽车制造的竞争力。

本项目研究将有助于揭示高强度钢板冲压回弹现象的机理和规律，为开发车身高强度钢板提供理论指导，具有重要的理论和应用价值。

5. 研究方法本项目将采用综合的研究方法，包括理论分析、实验测试、数值仿真等方法。

其中，有限元仿真是本项目的核心内容，通过建立合适的材料模型、数值模拟模型和仿真算法，模拟高强度钢板冲压加工过程中的回弹现象，提高加工精度和效率。

同时，对仿真结果进行实验验证，保证仿真的可信度，对回弹控制方法和方案进行优化和改进。

6. 研究进度（1）文献调研和材料测试：1月~2月（2）有限元仿真和分析：3月~7月（3）回弹控制方法和方案研究：8月~10月（4）实验验证和成果总结：11月~12月7. 研究组成员本项目研究团队由一名项目负责人和四名研究成员组成，其中包括两名有限元分析专家、一名材料测试和分析专家、一名自动控制专家。

轿车车身强度的有限元分析

ＤＡＩＣａｈｏ，ＬＩＡＮＧｉｕＪ— ｉｈ
（ｃｏｌｆｕｏｂｌａｄＴｒｆｃＳｅｙｎｉｎｉｅｉ，ｈｎａｇ１０６ＣｉａＳｈｏｏｔｍｏｉｎａｆ，ｈｎａｇＬｇｇＵｎｖｒｔＳｅｙｎ１１８，ｈｎ）Ａｅｉｏｓｙ
Ｋｅｒｓａｏｙｙａｃｌｎｌｓ；ｆｉｌｍｅｔｎｌｓｙｗｏｄ：ｃｒｂｄ；ｄｎｍｉａａｙｉｉｔｅｅｎａｙｉａｓｎｅａｓ
在现代轿车车身设计中，强度和刚度分析始终贯穿于车身结构设计的整个过程，对轿车车身的诸多方
Ａｓｒｃ：ｔｅｇｈａｄｒｉｉｎｌｓ，ｂｔａｔＳｒｎｔｎｉｄｔａａｙｉｗｈｃｐｓｔｒｕｈｔｅｅｔｅｄｓｇｆ－ｙｌ，ｉａｔｔｎｉｅｙｇｙｓｉｈｓａｈｏｇｈｎｉｅｉｎｌｅｃｃｅｍｐｃｓｉｅｓｖｌｎｒｉｎｏａｏｙＩｒｅｏｃｎｕｔｔｅｓｒｎｔａｙｉｏａｏｙ，ｔｅｍｕｔ— ｏｙｄｎｍｉｌａｙｉｉｔｎｃｒｂｄ．ｎｏｄｒｔｏｄｃｈｔｅｇｈａｌｓｓｎｃｒｂｄｎｈｌｂｄｙａｃｌｓｉｆｓｉａａｎｓｓｒｃｍｐｅｅｐｎｅｔｅｓｒｃｕｅｕｄｒｓｅｉｃｃｎｉｏｓｏｌｔｄｕｏｎｉｔｕｔｒｎｅｐｃｆｏｄｔｎ．Ｔｈｎ，ｅｅａｔｅｋｌａｉｇｉａａｔｄｔｎｔｌ— ｒｉｉｅｒｌｖａｄｎｄｐｅｏｆｉｅｅｎｐｏｓｉｅｍｅｔｍｏｅｉｇｆｒＣｒｂｄ．ＴｈｓｃｌｓｇｉｃｔｙｄｃｅｓｅｎｓｏｏｔｒｅａｄｈｄｒｏＥ．Ｆ — ｎｄｌｏｏｙｎａｉａｌｉｎｆａｌｅｒａｅｄｍａｄｎｓｆｉｎｗａｎａｗａｅｆｒＦＡｒｉｎｌ，ｔｉａｐｏｃａａｌｙｈｓｐｒａｈｈｓｉｒｖｄｔｅａａｙｉａｃｒｃｄｅｆｉｃ．ｍｐｏｅｈｌｓｓｃｕａｙａｆｉｅｙｎｎｃｎ

基于成形法的高强钢车轮过盈配合有限元分析

基于成形法的高强钢车轮过盈配合有限元分析
基于成形法的高强钢车轮过盈配合有限元分析
■浙江金固股份有限公司研发中心（杭州311400）陈磊李顺平袁海州
【摘要】过盈配合是车轮的一个重要参数，影响车轮的装配和疲劳。

本文采用成形法分析了过盈配合的装配过程，从应力应变和变形得到了过盈量对变形的影响。

对于选定的15X6j高强钢车轮，综合在0.8mm的过盈量最佳。

该方法可对车轮的设计提供参考。

【期刊名称】金属加工：冷加工
【年(卷),期】2016(000)023
【总页数】2
汽车车轮是关乎汽车安全的主要部件之一。

汽车车轮的变化大，是影响汽车外观的主要零件。

汽车车轮目前主要有两种，一种是铝合金车轮，一种是钢制车轮。

铝合金车轮由于外观漂亮、轻质且耐腐蚀等，在小型车中得到了广泛的应用，但是价格高。

钢制车轮由于生产自动化程度高，且价格低、耐疲劳冲击等，仍在市场中占有很大的份额，特别是在汽车备轮、商用车中得到广泛应用。

随着600MPa级别的车轮用高强钢板的开发成功，目前车轮已经大面积采用高强钢板制造。

采用高强钢板的车轮，由于成形难度大，设计要求与传统的低碳钢差别大。

钢制车轮由轮辋和轮辐两部分组成，其中轮辋和轮辐之间采用过盈装配。

过盈装配对车轮的内部受力和疲劳性能有较大的影响，王海霞等研究了过盈装配的车轮径向疲劳特性，发现过盈应力对疲劳有很大影响，不能忽略。

高飞虎采用弹塑性理论对过盈装配进行了设计，但是公式非常复杂。

过盈配合的生产是采用冲压法进行的，前面的研究均未考虑冲压的影响，本文采用成形法对过盈配合的过盈量进行有限元分析，为未来的车轮设计提供了一种方法。

冲压工艺对车身构件强度的影响分析

冲压工艺对车身构件强度的影响分析摘要：在汽车制造时会采用多种工艺，不同工艺对车身构件强度影响较大。

汽车车身构件在制造期间经历多个工序，即冲压、焊装以及涂装，这些工艺对车身构件材料机械性能会产生不同程度的影响，尤其是冲压工艺，将会让汽车材料厚度变薄，也会导致冲压各部分构件产生塑性变形，进而出现冷作硬化。

在本次研究中，主要对冲压工艺对车身构件强度方面的内容进行分析。

文章从阐述冲压工艺工艺角度着手，然后采用成形模拟和试验分析的方式了解具体的影响状况。

关键词：冲压工艺；车身构件强度；车辆制造工艺引言：菲亚特属于汽车领域当中知名品牌，在汽车生产方面，提出改善车身的结构分析精度的方式，主要是利用T形铝合金冲压件，研究成形过程对于静轻度特性产生的影响。

在研究中发现，T形冲压件能让弯曲刚度高10%，能提升车身构件的强度。

同时，还有部分学者在研究中采用计算机模拟与试验结合的方式，论证冲压成形工艺对车身构件碰撞特性与疲劳特性的影响。

在这样的科技和工业迅速发展背景之下，能在很大程度上提升汽车构件的强度。

基于此，本次研究中对该课题内容进行详细分析与论述。

一、冲压工艺概述（一）冲压工艺概念解读冲压工艺属于金属加工方式，构件在金属塑性变形基础之上，采用磨具与冲压设备来对板料施压，然后让板料通过塑性变形进而分离，这样能获得特定形状尺寸的性能零件。

冲压成形生产工艺在汽车产品制造方面有重要的地位，尤其是汽车车身大型覆盖件生产比较多，由于多数形状都比较复杂，结构尺寸通常比较大，部分存在空间曲面，对表面质量要求通常较高，因此，采用冲压加工方式进行生产和制造，与其他加工方法相比具有众多优点。

例如轿车车身覆盖件和骨架基本上都是采用冲压加工的方式进行生产[1]。

（二）冲压工艺的特点（1）冲压工艺还属于高生产效率和低消耗材料的一种加工方法，增加工艺适用于比较大的批发零件制品生产，能够实现机械化和自动化，进而提升生产效率。

此外，冲压生产不但能够降低对材料的使用，同时也能达到无废料产生的目标，并且在特定状况之下一些材料而且还可以二次利用。

汽车覆盖件冲压模具有限元分析

汽车覆盖件冲压模具有限元分析背景在汽车生产过程中，覆盖件的制作是不可避免的步骤，而覆盖件的制作需要用到冲压模具。

冲压模具是以模板、模座、顶针、模芯等为基础设计完成的一种金属制品加工工具，其设计的好坏直接关系到产品成型质量、工艺效率和生产成本。

因此，对于汽车覆盖件冲压模具的有限元分析是必不可少的，可以找出模具在使用中出现的问题并进行改进，提高生产效率和成品率。

有限元分析的具体步骤有限元分析是一种数值分析方法，可以对复杂结构的物体进行分析。

对于冲压模具的有限元分析，具体步骤如下：1.建立有限元模型针对具体的冲压模具进行建模，建立其具体的尺寸和结构。

2.设定模型的边界条件确定模具在使用中需要承受的边界条件，包括外力、初始位移等。

3.进行材料属性分析需要对模具所用的材料进行分析，获取材料的物理特性参数，以便后续分析中使用。

4.进行有限元分析根据建立的有限元模型和设定的边界条件，进行有限元分析，并计算模具在使用中的应力、应变等参数。

5.分析结果根据有限元分析的结果，分析模具出现的问题和需要改进的地方，并作出相应的改进措施。

有限元分析对冲压模具的影响进行有限元分析可以大大提高冲压模具的生产质量和生产效率，具体影响如下：1.提高设计水平有限元分析可以帮助设计者在设计阶段尽早发现模具出现的问题，并加以解决，提高模具的设计水平。

2.减少试错次数进行有限元分析可以有效减少试验的次数，减少了试错的成本和时间，提高了经济效益。

3.提高生产效率通过优化模具设计和改进生产工艺，有限元分析可以提高生产效率，减少了生产成本和生产周期。

冲压模具的常见问题及解决方案在使用中，冲压模具会出现一些常见问题，需要加以解决，具体如下：1.模具容易疲劳在使用一段时间后，模具容易出现疲劳裂纹等问题。

解决方案是在设计中加强模板结构，增加强度和耐磨性。

2.模具易变形在模具加工和使用中易出现变形问题。

解决方案是在设计时采用合适的材料并增加支撑结构。

汽车用钢板St13冲压成型数值模拟分析

成本，提高板料制件的质量及生产效率。前后梁是比较典型的汽车冲压件，本课题选择前后梁作为
３Ｓｔ１３）￣压模拟结果
在模拟汽车前横梁拉深成形时，为提高计算效率，采用了
研究梁类汽车冲压件的冲压成型过程的实例，以汽车钢板ＳＴ１３近似简化条件处理拉深成形问题，板料材料采用了Ｈｉｌｌ屈服作为成型前后梁的材料，用有限元软件Ｄｙｎａｆｏｒｍ对前后梁冲压准则的厚向异性材料模型，模具材料采用刚体材料模型。成型过程进行数值模拟。板料为１．Ｏｍｍ厚的Ｓｔｌ３普通钢板成形前后梁，模拟参数设
摘要：本文应）＠＇ｄｙｎａｆｏｒｍ￣－ｆｌ［模拟技术对Ｓｔｌ３钢板建立前后梁的冲压模型，研究其成型性能，得知：Ｓｔｌ３成型汽车冲压件，通过反复修改冲头冲压速度和压边圈压力优化工艺参数后，能够表现出良好的成型性。
关键词：汽车前后梁；ｄｙｎａｆｏｒｍ；数值模拟技术
・
设计分析
汽车用钢板Ｓｔ１３ｔ￣压成型数值模拟分析
王立杨日辉陈军。（１Ｊ东北电力大学工程训练教学中心，吉林吉林１３２０１２：２．吉林大通集团有限公司，吉林吉林１３２０００）
上
图１前后粱的三维图
和压边圈压力的大小来优化工艺参数后，表现出了良好的成型
上
前后梁实性。（２）通过利用ｄｙｎａｆｏｒｍ的数值模拟技术对钢板Ｓｔｌ３进行实时

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項多：卑身惠程袭嗍板冲各成形嗜限免4、祈35车身高强度钢板冲压成形有限元分析项多(上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)

摘要:高强度钢板是制造车身的重要材料，汽车轻量化和经济化的发展使得金属制造业着重开发更薄、成形性更好、强度更高的高强度钢板。本文将运用有限元分析软件AUTOFORM,对几种典型的车身用高强度钢板进行杯突实验以得到这些高强度钢板膨胀性能指标，并结合成形极限图对这几种典型的汽车高强度钢板进行建模，做出成形性分析。本文对其力学性能进行研究和比较的结果具有一定参考意义。关键词:高强度钢板;有限元分析;汽车轻量化;优化中图分类号:TU453 文献标识码:A 国家标准学科分类代码:460. 4030

DOI：10.15988/j. cnki. 1004 - 6941. 2018.04. Oil

Finite Element Analysis of Stamping Forming High Strength Steel PlateXiang Duo

Abstract ： High — strength steel is an important material for the car body. The development of lightweight and eco

nomical design makes the metal manufacturing industry focus on the development of thinner, more formative and

stronger high — strength steel. In this paper, finite element analysis software AUTOFORM is used to conduct cup test on several typical high — strength steel plates to obtain these high — strength steel expansion performance indica

tors and combined with the forming limit diagram of these typical car high — strength steel plate mold in order to

make formability analysis. The study and compares about the mechanical properties of these high — strength steel may has some reference meaning.

Keywords：high — strength steel;finite element analysis;lightweight design of automobiles;optimization

〇引言高强度钢板是一种新型钢板材料，随汽车轻量化、经济化发展而产生。一些数据表明:•离强度钢板的静态弯曲刚度哥以增加百分之五十，静态扭矩刚度可以增加百分之八十，整车车身可减轻四分之一，汽车车身使用高强度钢板相比传统钢板可以大幅度地提高车身的强度，这些性能使得高强度钢板有很大的前景。但是，高强度钢板力学性能与臀通钢板差别较大,尤其是不同的屈强比，硬化规律,塑性应变规律和成形性能的不同，由于高强度钢板强度高, 所以其不可避免的有塑性降低导致的成形性能的变差问题。另外，随着强度的增大，其妈弹量也随之相比传统低强度钢而言更严重，这些都给实际冲压生产带来很大困难。本课题±要对汽车车身輝使用的几种声强度钢板材料进行有限元分析。主要对几种典型钢种:通低碳钢(DC系列）、禽强度低合金钢（HSLA340)、双相钢 (DP600、DP980)等的屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率、硬化强度、应变硬化指数等参数方面进行研究，比较不同材料的高强度钢板间的性能，分析和评价成形过程中的起皱增厚以及减薄开裂问题。本课题旨在分析比较不同汽车较车身高强度钢板的性能以及优势，具有深刻研究意义和应用前景s

1实验环境与实验方法1. 1建立ANSYS模襲本零件外形设计在CATIA软件中完成,得到如图1 (a)的拉延模.塑面.a将其导人AutoForm中，.进行网格划分和参数设定g随晨在..AutoForm软件中_ 创建die、blalik_以及puncll 3个面，为下文的_试验做基础准备，其成果图如图1。1.2杯突试验分析

1. 2. 1主应变分析

收稿日期:2017-11-13.36《针看与测试技术》2018年第45 |第4期DP450

图4各材料的成形极限图

DP600

1.3.2增厚钢板的增厚是由于起皱堆积所造成的，从成形机理上看，增厚是压力集中作用在钢板上未获支撑或者未获约束而形成的局部位置的屈服。：增厚从成形极限图上看主要发生在法兰区，主要由于冲压件的周长受力，不断减少导致产生环向压力而引起。可以通过增加压边力讲材料流动阻力引向增厚区，从而减少增厚。由图5来看:DC04钢

该杯突试验是基于先前利用CATIA软件建模抽壳之上《试验冲头球形直径为20mm，凹模圆角半径1.5mmQ该杯突试验即突模向上运动，从而引导毛坯（即待测钢板）向凸模运动，最终冲压成形。由该试验最终的模拟，可通过其色块直观分析各不同力学性能的参数。材料在成形时的应变主要分解为两个垂直的应变，短轴方向为次应变，椭球体主轴方向的应变为主应变。

„〇H^plank(a)CATA建模（b)模拟A(e)模拟

图1 CATIA杯突实验建模

DC04 DC06 DP450DP600 B180H1 HSLA340图2各高强钢的主应变由图2分析可知该杯突试验主应变最低值分布

在毛坯边缘，主要为绿色边缘区域，最大主应变主要集中于杯突圆角靠近球头端附近，即深色区域。即毛坯边缘的主应变最小，主要受力区域的主应变最大，并且向两端逐次降低。DC04与DC06相比， DC04的最大主应变与最小主应变皆小于DC06,

DP600的最大主应力靠近顶点附近，相比其他钢种，

在顶点端变形越安全，越不容易出现缺陷，而其他钢种更显示出在变形处（圆角处）。B180H1在这六种钢中具有最大的主应力，随后依次为DC06、DC04、 HSLA340、DP600、DP450,说明 B180H1 在形变安全

性上优越于其他材料。杯突值

图3各材料杯突值1.2. 2杯突值分析

杯突值越大，显示材料的膨胀性及塑性越好，如图3所示，试验说明:DC04杯突值最高，膨胀性能最好，DC06、B180H1 以及 DP600 在 DC04 之后e HS-

LA340和DP450在主应变以及杯突值上都较低，说

明其成形性提升空间有限。1.3成形性分析金属材料的成形性是指金属材料在常温状态下的成形性能。如果金属材料在被深冲、拉伸、折弯、加压等时不易破裂且平整性较好，则该金属的成形性能表现较好。钢板高强度化将会引起塑性下降，导致成形性变差。本文的成形性分析通过对成形极限图、最大减薄、最大增厚等参数进行分析。1. 3. 1成形极限图FLD

成形极限图FLD是一种能够准确、直观反映材料成形性能的方法。成形极限图FLD中，红色代表破裂，橙色代表过度变薄，黄色代表接近破裂，绿色为变型充分，灰色为拉伸不足，蓝色为存在拉应力，紫色为变厚。成形极限图自下而上分为安全区、临界区及破裂区，区分界限为成形曲线#从以上材料分析的颜色区域分布可见:DP600和HSLA340钢会产生破裂，DP450有存在破裂危险，另外三种材料相安全。由图4可得出屮C06的成形极限图上反映出的应力区域离极限曲线最远，所以成形性最佳， DC04次之，DP600成形性最差。項多：卑身惠强袭嗍板冲各成形嗜限无今祈37与B180H1增厚性情况相近，在主受力冲头区域，增厚情况略小于法兰平面。DC06的增厚情况略高于 DC04 和 B180H1, HSLA340 和 DP600 增厚情况相

近，高于DC06,两者增厚的变化幅度跨越较大。 DP450在上述材料中增厚的值从均值来看最小，所

以可得出结论:DP450的增厚情况最均勻，材料安全性能最稳定0

BBLA340 DP450 DP600

图5各材料的增厚性1.3.3减薄

减薄即是材料受力而变薄的一个过程^对于汽车车身而言，板料厚度减少5%〜20%是可以存在的。但不宜减少太多，否则将削弱零件的强度，引起导致危险的开裂情况。

HSLA340 DP450 DP600

图6各材料的减薄性由图6可知：DC04、DC06、B180H1的减薄情况要小于HSLA340、DP450以及DP600。减薄最明显的情况发生在受力最大的冲头接触顶点附近。 DC04的最大减薄值在六种材料中最小，可视为开裂

可能性最小，材料最安全。DP600开裂可能性最大，安全系数最低。

2总结为车身高强度钢板冲压成形有限元分析，笔者主要利用仿真软件对几种典型的汽车高强度钢板力学性能进行研究和比较，分析和评价制造工艺过程中的成形性问题。该研究可得出以下结论：(1) 高强度钢板强度的提高，会引起塑性下降，导致强度极限下降。因此，随着钢板的高强度化，成形性会下降。(2) 由各材料成形极限图得出：DC06的成形性最佳，DC04次之，B180H1和DP450成形性相当， DP600成形性最差9

(3) 通过杯突试验模拟比较普通低碳钢、高强度低合金钢、双相钢以及B180H1钢的杯突值、主应变及变形特点，分析得出HSLA340和DP450在主应变以及杯突值上都较低，故膨胀性能较差。增厚减薄实验分析得出DC04的最大减薄值在六种材料中最小，可视为开裂可能性最小，材料最安全;DP600 开裂可能性最大，安全系数最低a

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