宋婷婷+崔英玲

1 緒論

沖壓是鋼制車輪輪輻成形的重要方法之一。沖壓結(jié)果的好壞直接關(guān)系到輪輻的強(qiáng)度和疲勞壽命。目前，多數(shù)車輪企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的試錯(cuò)法進(jìn)行模具及工序的設(shè)計(jì)。隨著虛擬仿真技術(shù)越來(lái)越成熟，一些企業(yè)為了減少成本，逐步開始采用模擬仿真車輪的沖壓工序，來(lái)指導(dǎo)輪輻模具及其工藝設(shè)計(jì)。仿真時(shí)的參數(shù)設(shè)置是影響仿真結(jié)果的重要因素，本文將對(duì)一種鋼制車輪輪輻成形的四道工序結(jié)合在一起進(jìn)行多沖壓工序的模擬，并和實(shí)際情況進(jìn)行比對(duì)。

2鋼制車輪輪輻的沖壓工藝過(guò)程

輪輻需經(jīng)過(guò)多次沖壓方能成形。主要的工藝包括剪切落料、初拉伸、反向拉伸成形、沖螺栓孔翻邊、擠螺栓孔、沖風(fēng)孔、擠毛刺等。其中，初拉伸、方向拉伸成形是主要工序，又可細(xì)分為一次拉伸、二次拉伸、三次拉伸和四次拉伸。

一次拉伸由平板拉伸成鍋蓋形狀，拉伸前板料靠中心孔定位。

二次拉伸又叫做二次反向拉伸，由一次拉伸成型零件扣在凸模上，靠零件的圓角處和底部平面定位。

三次拉伸主要是輪輻輻底螺栓孔和小筋成型，緩沖環(huán)處馬蹄印成型，以及在中心定位孔處沖孔，為翻邊做好準(zhǔn)備。三次拉伸定位形式和二次拉伸基本一致，也是靠圓角定位，將工件扣在凸模上。

四次拉伸即內(nèi)孔外緣翻邊工序，主要是進(jìn)行中心孔翻邊，輪輻輻底的校正，輪輻焊接直段的拉伸。

3沖壓工藝仿真及參數(shù)設(shè)置分析

采用全球比較通用的沖壓仿真軟件DynaForm進(jìn)行仿真分析，針對(duì)一次成形工序，分析摩擦系數(shù)、模具運(yùn)動(dòng)速度對(duì)仿真結(jié)果的影響。

1）一次拉伸仿真及分析

一次拉伸的裝配圖如圖1所示。中心定位孔位于輻底位置，在前兩道工序成型過(guò)程中基本不參與成形。為了避免由于第三道工序模擬沖孔，導(dǎo)致內(nèi)孔翻邊時(shí)出現(xiàn)的材料破裂情況，無(wú)法完整的模擬四道工序，直接設(shè)置主成型工序?yàn)槁淞虾蟮某叽纭?/p>

對(duì)第一道工序分別進(jìn)行計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)該孔的大小對(duì)成形后零件的應(yīng)力、厚度分布基本沒(méi)有影響。所以采取了直接擴(kuò)大定位孔的方式進(jìn)行模擬。

2）摩擦系數(shù)對(duì)結(jié)果的影響

針對(duì)一次成形工序，選取模具與工件間接觸摩擦系數(shù)分別為 0.125、0.08、0.03， 分析不同摩擦系數(shù)對(duì)將一次沖壓后輪輻截面厚度及平均應(yīng)力的影響。摩擦系數(shù)為 0.03 的最大最小應(yīng)力分別是329MPa 和-86MPa，摩擦系數(shù)為0.08 的最大最小應(yīng)力分別是324MPa 和-75MPa， 摩擦系數(shù)為 0.125 的最大最小應(yīng)力分別是 323MPa 和-73MPa?？梢钥闯觯S著摩擦系數(shù)的增大，結(jié)果的最大、最小應(yīng)力都有所降低但影響很小。

根據(jù)圖2量取若干測(cè)點(diǎn)處的厚度，對(duì)比后發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同的摩擦系數(shù)，厚度分布的變化并不明顯。

3）模具運(yùn)動(dòng)速度的影響

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，模具的運(yùn)動(dòng)速度為 25mm/s 左右。但在仿真中，設(shè)置模具速度為25mm/s時(shí)求解器給出的預(yù)測(cè)時(shí)間為上千小時(shí)， 經(jīng)過(guò)24小時(shí)的計(jì)算后仍沒(méi)有明顯進(jìn)展。故選取了 5000mm/s 和 500mm/s 兩個(gè)速度進(jìn)行對(duì)比。沖壓速度為 5000mm/s 時(shí)計(jì)算時(shí)間為 3.5h，沖壓速度為 500mm/s 時(shí)的計(jì)算時(shí)間為 26.5h。從計(jì)算結(jié)果看，如圖3 所示500mm/s 速度結(jié)果的最大最小應(yīng)力分別為 387MPa 和-90MPa。與 5000mm/s 速度的計(jì)算結(jié)果 323MPa 和-73MPa 相比，最大應(yīng)力相差 20%，故仿真時(shí)應(yīng)盡量選用較低的沖壓速度進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)圖2 的測(cè)點(diǎn)量取厚度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表所示。可以看出采用以上兩種速度進(jìn)行仿真對(duì)輪輻截面厚度影響不大，因此今后在進(jìn)行試算時(shí)，可選擇較大的沖壓速度以縮短計(jì)算時(shí)間。

4.結(jié)論

在一次拉伸仿真過(guò)程中：

1）落料前小孔和落料后的大孔的大小對(duì)成形后零件的應(yīng)力、厚度分布基本沒(méi)有影響；

2）模具與工件間接觸摩擦系數(shù)變化對(duì)仿真結(jié)果影響較少；

3）模具沖壓速度越快，零件應(yīng)力越大，但對(duì)輪輻界面厚度影響不大。