文/呂琳，趙鵬，鄧明·重慶理工大學材料科學與工程學院唐云峰·重慶市華青汽車配件有限公司

某發(fā)動機倉邊梁蓋板成形工藝分析及回彈控制

文/呂琳，趙鵬，鄧明·重慶理工大學材料科學與工程學院唐云峰·重慶市華青汽車配件有限公司

發(fā)動機倉邊梁蓋板為典型淺拉深高強鋼沖壓件，在零件成形后存在回彈量大的缺陷。本文針對發(fā)動機倉邊梁蓋板進行了零件特征和沖壓工藝分析，并且用DYNAFORM軟件模擬了制件拉延成形過程，對模擬后所出現(xiàn)的缺陷進行了工藝改進。找出了兩個重要工藝參數(shù)—壓邊力和拉深檻對制件回彈的影響，通過對典型截面回彈量大小的研究，總結了制件回彈的規(guī)律并對回彈進行了有效控制，根據(jù)模擬結果選取了最優(yōu)參數(shù)，設計了沖壓方案，沖壓出了合格的產品。

發(fā)動機倉邊梁蓋板結構較復雜，零件的孔位、凸緣、圓角等較多，并且拉深深度淺，沖壓回彈量較大，在高強鋼淺拉深汽車零部件沖壓加工中具有代表性，這些特征使其零件成形質量嚴重下降。為了提高零件質量，本文以發(fā)動機倉邊梁蓋板為研究對象，利用DYNAFORM軟件模擬了單動拉延沖壓成形過程，并且對其成形工藝參數(shù)的影響進行分析，找出了壓邊力變化和拉深檻對其成形質量的影響，從而得到最優(yōu)的成形工藝方案，本研究為實際沖壓成形生產過程提供了一定的理論依據(jù)。

發(fā)動機倉邊梁蓋板零件特征和成形分析

發(fā)動機倉邊梁蓋板零件特征

發(fā)動機倉邊梁蓋板用于汽車發(fā)動機罩上方，保護汽車在發(fā)生碰撞時不損壞發(fā)動機，對發(fā)動機起到增加剛度和支撐的作用，其材質為高強鋼B280VK，厚度為1.6mm，長為821.3cm,寬為239.2cm,發(fā)動機倉邊梁蓋板左右件（圖1）為淺拉深零件，拉延時深度不超過50mm，表面面積大形狀復雜但起伏很小，圖1零件中A部位為半球形狀淺拉深,B部位為翻邊。

圖1 發(fā)動機倉邊梁蓋板零件圖

發(fā)動機倉邊梁蓋板零件成形工藝分析

發(fā)動機倉邊梁蓋板減薄率不得超過12%～16%，回彈量不得大于3.5%?？紤]到零件為左右對稱件，擬采用一模兩件的沖壓方式，即發(fā)動機倉邊梁蓋板左件和右件用一套復合模具沖壓成形，其制件布置方式如圖2所示。這樣左右件對稱布置，在拉延時坯料受力均勻，減少摩擦阻力，避免零件在圓角部分被拉破。

圖2為添加合理工藝補充面和壓料面后的零件模型。其中A部分和C部分分別為發(fā)動機倉邊梁蓋板左右件，由于拉深很淺，材料變形很不充分，為了使中間部分變形充分和抑制回彈，在工藝補充面中的B處三角部分添加了一個深度為30cm盒形三角形，圖2中B所示，這樣會增大材料的流動阻力，使零件中間部分變形充分回彈減少。D部分拉延深度最深且與凹模圓角接近，為了減少材料邊緣部分流動阻力，加大了D部分圓角半徑，E部分為零件壓料面。其沖壓工序為：拉延→修邊沖孔→剖切沖孔修邊→翻邊整形。

圖2 補充工藝面后的發(fā)動機倉邊梁蓋板幾何模型

發(fā)動機倉邊梁蓋板沖壓成形模擬

零件模型及其參數(shù)的選擇

圖3為基于DYNAFORM軟件平臺建立的汽車發(fā)動機倉邊梁蓋板FEM模型，該零件所需坯料尺寸及相關工藝參數(shù)均來源于相關生產企業(yè)的實際數(shù)據(jù)，成形模擬時選擇自動設置，拉延類型為單動拉延，無拉深檻，壓邊力初選為200t。

圖3 基于DYNAFORM建立的FEM成形模擬模型

成形缺陷分析和改善措施

經過計算機的數(shù)值模擬，其成形模擬結果如圖4，紅色代表拉破區(qū)域，綠色代表正常，紫色為起皺。從中可以明顯的看出有破裂情況發(fā)生。導致板料拉破的因素主要有兩個：一是模具間隙過小材料流動阻力大；二是壓邊力過大，在拉延時拉延力超過材料抗拉強度導致材料破裂，外邊緣起皺主要原因是未添加拉深檻，材料變形不均勻。

對以上參數(shù)模擬所出現(xiàn)的缺陷，進行合理分析后通過調整壓邊力及其他參數(shù)，把壓邊力調至為250t，模具間隙增大到1.76mm，坯料尺寸進一步縮小為850×750（mm×mm），其他參數(shù)不變，再進行一次模擬。

圖5為改善后的成形極限圖，在進行汽車發(fā)動機倉邊梁蓋板拉深成形中，整個拉深變形較為均勻，沒有出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。在零件中間部位由于壓邊力過小出現(xiàn)了成形不充分現(xiàn)象，有些部位在此零件拉延成形后還將進行切邊工序，因此對整個成形質量而言不存在較大影響。

圖4 模擬結果圖

圖5 修改后的模擬結果圖

發(fā)動機倉邊梁蓋板沖壓回彈模擬

在DYNAFORM中導入前步驟成形模型Dynain文件，選擇設置類型為Springback，采用單步隱式算法。在對零件進行回彈量大小分析時，根據(jù)該零件成形的特點，截取了可能產生明顯回彈的部位EF截面（圖6），主要分析產生回彈前后零件兩側的距離變化和截面兩個角度的變化，選取截面上A、B回彈角和兩側距離(圖7)。

圖6 選取回彈截面

圖7 回彈截面線

對于高強鋼淺拉深成形零件，塑性變形不充分，回彈無法避免。壓邊力和拉深檻的大小對零件沖壓成形后的回彈有較大影響。因此，本實驗首先在無拉深檻的情況下，采用了五種不同壓邊力工藝方案，然后在有拉深檻的情況下，采用五種不同壓邊力工藝方案，壓邊力最小2.0×106kN，最大為2.8×106kN。在DYNAFORM中選擇虛擬拉深檻設置，這樣模擬結果誤差較小，其設置拉深檻部位均為起皺嚴重和應力集中區(qū)域，其他部位成形較好。在實驗中其他工藝參數(shù)不變，分別測出各方案回彈前后差值，即為A、B角度和距離回彈量值，結果如圖8、9所示。

根據(jù)圖8可知，沒有布置拉深檻時，隨著壓邊力的增大，回彈前后差值越來越小，其截面回彈前后角度和位移越來越小，差值為正，則側壁基本是以向外側回彈為主，在沒有拉深檻的情況下2.8×106kN最為合理。設置相同拉深檻后，隨著壓邊力的增大其回彈前后差值越來越小，但壓邊力為2.8×106kN，材料達到抗拉極限，零件底部有大面積破裂，其回彈值不具有參考性，在設置合理拉深檻的情況下，壓邊力為2.6×106kN時回彈值最小，零件質量最優(yōu)。

圖8 回彈角隨壓邊力變化圖

圖9 回彈距離隨壓邊力變化圖

工藝試驗

采用模擬優(yōu)化后的工藝方案，壓力機壓邊力設置為2.6×106kN，分布合理拉深檻，經過第一道拉延工序后的零件實物如圖10所示，采用超聲測厚儀測量整個零件厚度，最小厚度為1.434mm，成形充分且不存在拉破的現(xiàn)象，回彈也較小，制件邊緣有稍微的起皺但不影響零件，起皺區(qū)域為非零件區(qū)，切邊工序時要去除。經過切邊、剖切、整形、翻邊后的零件實物如圖11所示，拉深深度較淺，變形充分，厚度和回彈控制在合理范圍內，產品合格。

圖10 拉延成形后的制件

圖11 切邊后的零件

結論

⑴采用DYNAFORM軟件對高強鋼淺拉深零件進行沖壓工藝研究，可減少修模次數(shù)，縮短生產周期，節(jié)約生產成本，提高零件精度。

⑵零件在不同工藝條件下進行沖壓時，不同部位產生的回彈大小和回彈趨勢不同，拉深深度較深，變形較劇烈的部位，在沖壓后發(fā)生回彈變形較??；拉深深度較淺，變形平緩的部位，發(fā)生的回彈變形較大。

⑶對于發(fā)動機倉邊梁蓋板，設置合理拉深檻和較大壓邊力可以增大材料流動阻力，使其材料變形充分，能有效控制拉延后的回彈，提高零件成形質量。