商用车侧围外板冲压开裂应变分析

以某款国产商用车侧围零件为例， 利用网格应变分析技术，明确冲压开裂原因，并从冲压模具和冲压材料两个方面提出了相应的改进方案，在实际生产中得到了验证与应用。

1 试验材料及方法

某汽车主机厂的商用车侧围外板的冲压材料为 DC06，厚度为 0.8 mm，依据 GB/T 228.1-2010 金属材料室温拉伸试验方法， 利用 Instron 100 kN 电子拉伸试验机测试其力学性能，结果见表 1。在实验室条件下，使用 ITC 万能板材试验机及 AutoGrid 网格分析测试系统， 参照 GB/T 15825.8-2008 金属薄板成形性能与试验方法中第8 部分成形极限图测定指南，测定材料的成形极限，如图 1 所示，其中，曲线 M 为厚度 0.8 mm 的 DC06 成形极限曲线， 曲线 N 为成形极限相对安全裕度向下移动 10%的曲线。

2 网格应变分析试验

网格应变分析试验是一种将网格应变测量技术与材料的成形极限图相结合的应变分析方法。 通过试验方法测得被研究冲压件所用材料的成形极限图；在板料冲压前，利用电化学腐蚀的方式， 在板料表面需要分析的区域印制网格；板料冲压成形后， 印制的网格也随之发生改变，对每个区域的网格变化情况进行测量，用软件计算出相应的应变值并将其与所选材料的成形极限图相对比， 可以获得板料成形时的应变分布，进而判断板料成形过程中材料的塑性变形是否合理，冲压材料的选择是否合适。 同时还可确定板料的安全裕度、可能产生的冲压缺陷以及所在的位置。

某国产商用车侧围外板零件外观及易开裂的位置如图 2 所示，在原始的板料中，对 A、B、C、D、 E、F 共 6 个区域印制网格后进行冲压， 再对冲压变形后的板料进行网格应变分析。

3 网格应变分析结果

按照上述方式共进行两次网格应变分析试验，第一次网格应变试验分析结果如图 3 所示。

从图中可以看出，C、D 区域存在很大的开裂 的成形安全裕度，同时最大减薄率达到了 25.6%，风险，区域 C 最小成形极限值为 7.8%，小于 10% 很容易发生开裂或者颈缩的现象；区域 D 同样，最小成形极限值9.2%，小于 10%的成形安全裕度，最大减薄率达到了 29.8%，极易在冲压过程中开裂。

针对 C 区域， 其最小成形极限值集中在车窗附近的圆角位置上，由于圆角半径过小，导致成形过程中材料流动不顺畅。针对 D 区域，模具设计梯度过大，导致 B 柱附近板料流动十分困难，极易发生开裂情况；同时 D 区域最大减薄率达到29.8%，远远大于车厂要求最大减薄率小于 25%的要求，因此应降低冲压材料的变形阻力， 增加材料在变形过程中的流动性能，从而提高材料的成形性能。

4 改进措施与效果

根据网格应变分析结果， 对冲压模具以及冲压材料进行优化，提出如下优化方案：

（1） 增大 C 区域的圆角半径，适当增加模具间隙，调整拉延筋参数，从而增加材料在冲压过程中的流动性。

（2） 调整 D 区域的拉延筋位置，适当减小压边力； 增加冲压材料的塑性应变比r值及均匀延伸率A_gt，提高材料冲压性能。

根据优化后方案进行第二次网格应变分析试验，主要分析区域 C 和区域 D，得到成形极限以及厚度减薄率应变云图如图 4 所示。 从图 4 可以看出，区域 C 的最小成形极限为 15.4%，大于 10%的成形安全裕度， 区域 C 的最大厚度减薄率为 23.3%， 小于主机厂要求的 25%最大厚度减薄率；区域 D 的最小成形极限值达到 21.6%， 大于 10% 的成形安全裕度，同时最大厚度减薄率为 21.4%。

经过对比两次试验可以看出， 通过优化冲压模具以及冲压材料，危险区域 C 和 D 的最小成形极限值均大于 10%的安全裕度， 同时最大厚度减薄率均小于 25%，成形处于安全范围。

5 结论

（1） 通过第一次网格应变分析试验，明确了冲压材料开裂是由于材料性能不足， 以及材料在模具冲压过程中减薄率过大造成的。

（2） 提出冲压模具及冲压材料优化方案：调整冲压模具圆角半径、 模具间隙以及拉延筋位置， 提高冲压材料的塑性应变比r值以及均匀延伸率A_g。

（3） 第二次网格应变试验表明：优化方案实施后， 危险区域的最小成形极限值及最大厚度减薄率均处于安全范围。

（4） 实验表明：网格应变分析技术能够对冲压模具的调整以及冲压材料的优化提供具体的数据支持，为控制冲压零部件质量提供了有效方法。