1、第 48 卷 第 3 期Vol.48 No.3FORGING&STAMPING TECHNOLOGY 2023 年 3 月Mar.2023基于 Autoform 的后背门外板冲压开裂分析魏绍东1,2,韩龙帅1,2,桑 贺1,2,李晓林1,2,陈炜煊1,2,陈洪生3(1.首钢集团有限公司技术研究院,北京 100043;2.绿色可循环钢铁流程北京市重点试验室,北京 100043;3.首钢京唐钢铁联合有限责任公司 制造部,河北 唐山 063200)摘要:基于冲压成形仿真软件 Autoform 对某车型后背门外板冲压过程进行模拟仿真,分析了压边力、润滑、料厚及模具间隙等因素对拉延筋圆角减薄率的影响,并
2、基于分析结果解决了拉延筋圆角冲压开裂的问题。结果显示,零件减薄率随着压边力的增加而增加,但拉延筋圆角处减薄率随着压边力的增加而减小,压边力在 14002000 kN 之间时,拉延筋圆角处减薄率可保持在 19.1%之内;拉延筋圆角处减薄率随着摩擦因数的减小而增加,当摩擦因数为 0.11 时减薄率达到 19.6%;料厚由 0.63 mm 增加至 0.67 mm 时,拉延筋圆角处减薄率由 16.0%减小至 13.4%;模具间隙对拉延筋圆角开裂的影响最为显著,当模具间隙为0.02 mm 时,减薄率达到 25.5%。故适当提升压边力和摩擦因数、增加料厚、减小模具间隙均可降低拉延筋圆角处减薄率。关键词:冲
3、压;后背门外板;圆角开裂;减薄率;拉延筋DOI:10.13330/j.issn.1000-3940.2023.03.014中图分类号:TG386.3+2 文献标志码:A 文章编号:1000-3940(2023)03-0099-06Stamping crack analysis on rear door outer panel based on AutoformWei Shaodong1,2,Han Longshuai1,2,Sang He1,2,Li Xiaolin1,2,Chen Weixuan1,2,Chen Hongsheng3(1.Technical Research Institut
4、e of Shougang Group Co.,Ltd.,Beijing 100043,China;2.Beijing Key Laboratory of Green and Recyclable Steel Process,Beijing 100043,China;3.Manufacturing Department of Shougang Jingtang Iron and Steel United Co.,Ltd.,Tangshan 063200,China)Abstract:Based on the stamping simulation software Autoform,the s
5、tamping process of rear door outer panel for a certain vehicle was simulated,and the influences of blank holder force,lubrication,material thickness and die clearance on the thinning rate of drawbead fil-let were analyzed.Then,the problem of stamping crack for drawbead fillet was solved based on the
6、 analysis results.The results show that the thinning rate of part increases with the increasing of blank holder force,but the thinning rate at the drawbead fillet decreases with the increasing of blank holder force.When the blank holder force is between 1400 and 2000 kN,the thinning rate at the draw
7、bead fillet can remain within 19.1%,and the thinning rate at the drawbead fillet increases with the decreasing of friction factor.When the friction factor is 0.11,the thinning rate reaches 19.6%,and when the material thickness increases from 0.63 mm to 0.67 mm,the thinning rate at the drawbead fille
8、t decreases from 16.0%to 13.4%.The influence of die clearance on the drawbead fillet cracking is the most significant.When the die clearance is 0.02 mm,the thinning rate reaches 25.5%.Therefore,appropriately increasing the blank holder force,friction factor and material thickness and reducing the di
9、e clearance can all reduce the thinning rate of drawbead fillet.Key words:stamping;rear door outer panel;fillet cracking;thinning rate;drawbead收稿日期:2022-04-12;修订日期:2022-07-15作者简介:魏绍东(1994-),男,硕士,工程师E-mail:weisd4991 钢铁材料一直是汽车的主要材料之一,随着轻量化、节能减排和降本的需求不断提高,高强钢在车身上的应用越来越广泛1-3,但对于门背板这类成形复杂的零件,冲压过程中易出现开裂和起
10、皱情况。解决冲压开裂和起皱一般根据技术人员的经验进行修模和试模,通常需进行多次试验才能解决问题,这严重影响了冲压效率。随着有限元仿真技术的发展,通过仿真方法解决冲压开裂、起皱等问题已得到了大量的应用。张新颖等4利用 Dynaform软件建立了侧围外板冲压仿真模型,并针对增加拉延筋、压边力调整等方面开展仿真分析,最终确定最优的拉延筋高度和压边力大小,改善了零件起皱和开裂的问题。许晶等5采用 Autoform 软件对汽车某后背门外板冲压成形的材料利用率进行了分析,为后期新车型在产品设计和生产制造中提供宝贵的应用经验。蒋磊等6基于有限元和正交试验的方法,分析了翼子板在冲压过程中压边力、塑性应变比、强
11、度等参数对零件减薄率的影响,得出最优的工艺及材料参数。本文针对某车型后背门外板冲压过程中拉延筋圆角处的开裂问题,基于 Autoform 有限元仿真分析软件研究不同压边力、润滑、料厚、模具间隙等对后背门外板拉延筋圆角开裂的影响。1 冲压开裂情况以某汽车后背门外板零件的材料(0.65 mm 规格的 HC180BD-Z 钢)为研究对象,该零件的冲压成形分为 4 个工序,即落料拉延切边、冲孔整形切边翻边。零件在拉延过程中出现了冲压开裂情况,开裂区位于拉延筋圆角处,如图 1 所示。由于后背门外板结构及变形情况复杂,需进行合理的优化分析才能对结构及工艺进行改进,以减小开裂风险。图 1 冲压开裂零件Fig.
12、1 Cracked part by stamping2 有限元仿真分析根据汽车后背门外板模具情况,基于有限元分析软件 Autoform 建立拉延工序的仿真模型,如图 2所示。图 2 零件拉延工序成形工具模型Fig.2 Forming tool model for drawing process of part HC180BD-Z 钢的力学性能见表 1,成形极限曲线如图 3 所示。表 1 HC180BD-Z 钢的主要参数Table 1 Main parameters of HC180BD-Z steel参数数值厚度/mm0.65屈服强度 ReL/MPa212抗拉强度 Rm/MPa319断后伸长率
13、 A/%21.1应变硬化指数 n0.198轧向塑性应变比 r01.6945塑性应变比 r451.4390塑性应变比 r901.96图 3 HC180BD-Z 钢的成形极限曲线Fig.3 Forming limit curve of HC180BD-Z steel根据实际模具状态,将压边力设置为 1800 kN,摩擦因数设置为 0.15。对汽车后背门外板冲压成形进行仿真分析,结果如图 4 所示,可以看出拉延筋附近管理面处并未出现开裂风险,说明模具设计合理,开裂原因需进一步分析。3 冲压开裂的影响因素影响冲压开裂的因素众多,主要包括零件的形状和尺寸、成形工艺7-9、材料性能10-13、模具状况以及
14、润滑条件等。本文主要分析压边力、润滑情况、料厚、模具间隙等几个关键因素对冲压过程的影响,并结合现场实际情况分析开裂原因。3.1 压边力的影响压边力是拉延过程中重要的工艺参数之一,在一定的冲压条件下,压边力有一个最优的范围,压边力低于该范围,零件易出现起皱情况,压边力高于该范围,零件易出现开裂情况,故对压边力的影001锻压技术 第 48 卷图 4 后背门外板成形结果Fig.4 Forming result of rear door outer panel响进行分析尤为重要14。分别设置压边力为 1400和 2000 kN 进行仿真分析,结果如图 5 所示。由图 5 可以得出:随着压边力的增加,后
15、背门外板 的 减 薄 率 呈 现 增 加 的 趋 势,当 压 边 力 由1400 kN 增加至 2000 kN 时,零件减薄率由 11.6%增加至 18.9%;但拉延筋圆角附近的减薄率则随着压边力的增加而减小,由 19.1%减小至 11.1%。当压边力大于 2000 kN 或小于 1400 kN 时,均会进一步增加零件的开裂风险。分析其原因,如图 6 和图 7 所示,当压边圈和凹模闭合时,随着凸模向上移动,板料逐渐流入凹模中,拉延筋附近管理面区域的受力随着压边力的减小而减小,由于拉延筋圆角半径 R 很小(R=1.5 mm),材料流入会导致拉延筋圆角处受力增加,进而导致此处减薄率有所增加。图 5
16、 不同压边力下后背门外板的减薄率(a)1400 kN(b)2000 kNFig.5 Thinning rates of rear door outer panel under different blank holder forces图 6 压边圈闭合状态Fig.6 Closed state of blank holder3.2 润滑的影响润滑对拉延工序产品的质量有很大的影响:润滑量越高,冲压过程中流料阻力越小,易发生起皱现象;润滑量越低,冲压过程中流料阻力越大,易发生开裂现象。考虑生产过程中模具及材料表面涂油量的波动,分别设置摩擦因数=0.11 和 0.13 两图 7 拉延筋区域局部放大图Fig.7 Partial enlarged view of drawbead area种情况,分析润滑对冲压过程的影响,仿真结果如图 8 所示。由图 8 得出,当=0.13 时,拉延筋管理面附近无开裂风险,而当=0.11 时,拉延筋圆角附近存在开裂风险,减薄率达到 19.6%。这是由于摩擦因数减101第 3 期魏绍东等:基于 Autoform 的后背门外板冲压开裂分析 图 8 不同润滑条件下的后背
