汽车用先进高强钢DP800的冲压成形一致性

随着能源问题的凸显和环保法规要求的不断提高，在保证安全性能的前提下进行整车轻量化设计成为目前汽车工业的发展方向。由于车身约占整车质量的20％，因而汽车车身，特别是车身骨架件的轻量化设计，是整车轻量化的关建。采用高强度钢，特别是先进高强的应用是目前车身轻量化最经济有效的方法。以双相钢DP为代表的高强度钢在A柱、B柱、门槛加强板、纵梁、中通道等为代表的车身安全件、结构件上已得到广泛应用成型CAE分析是前期确认工艺性的重要方法， CAE分析的准确与否直接影响零件质量，是零件正向设计必要条件。由于以往积累的CAE分析经验都是基于软钢或者屈服强度在340 MPa以下的钢材，并不一定适用于先进高强钢。因此，进行CAE分析与实物的一致性对比，提高CAE分析精度，是工艺的重中之重

研究对象

本文选取DP800作为研究对象，采用Autoform 软件虚拟成型分析和冲压实验相结合方法研究了汽车用先进高强度钢板DP800的冲压成形一致忄生。DP800 属于由铁素体和马氏体组成的双相钢。其强度随马氏体含量的增加而增加，范围是500一1200 MPa，其多用于需高强度、高抗碰撞吸收能且成形要求较严格的汽车零件。双相钢的屈强比较低、加工硬化指数较高，且烘烤硬化性能高，没有屈服延伸和室温时效，抗拉强度大于普通钢材 图1为钢种塑性阶梯图，DP800的化学成分如表1所示

实验测试实验零件选取

中通道为车身比较重要的安全零件，其所处的位置决定了其对车内正副驾驶位置的人员起到关键保护作用，因此零件强度越高越好，一般材料采用 DP800。

实验方法上工艺及模具设计

通过实际冲压成形研究DP800冲压成形一致性，由于材料达到800 MPa的高强度，拉延的凹凸模及压边圈采用了钅襄钢块的结构，同时为了保证实验有效成功，在工艺设计方面尽量保持均匀的拉延深度，保证零件一次拉延成形

2 ℃AE分析设置

采用AutoForm软件进行成形分析。该零件拉延过程的仿真分析模型如图2所示。在冲压过程中采用单动模型，即凹模在上凸模在下，冲压时，凹模下行，与压边圈贴紧，压紧材料；然后凹模、板料和压边圈下行至凸模贴膜，完成成形过程。为了准确获得该零件的回弹信息，仿真分析中包含了切边工序，切边线设置与实际零件外形吻合；另外，采用等效拉延筋模型，设置2条拉延筋，其位置与实际模具吻合。采用库仑摩擦定律，摩擦系数取试验测量值0．15。

3．验证内容选取

通过CAE分析与实物对比的方式来验证DP800 冲压成形一致性，验证内容包括：减薄率与增厚率、开裂、起皱、回弹、收缩线、冲击线、压边力与成型力。

实验结果与讨论

减薄率与增厚率”对比情况

选择方法：在CAE中选取4个变薄和4个增厚较大的点作为测量对象。

检测方法：将零件从选点处剖开，用测厚仪测量零件厚度。

实验结果：减薄率和增厚率实际值都不超过理论值，如表2所示.

 “开裂”对比情况

选择方法：在CAE中选取3处易开裂位置作为观察对象。

检测方法：目视检查零件，对比开裂点位置是否一致 。

      实验结果 ：实际开裂区域与CAE分析开裂区域一致 ，如 图3所示 。

     “起皱”对比情况

     选择方法 ：在CAE中选取3处起皱 区域作为观察对象 。

     检测 方 法 ：目视检 查 零件 ，对 比起 皱 区域 是 否一致 。

     实验结果：实际起皱 区域与CAE分析基本一致 ，如图4所 示 。

    “回弹”对比情况

    选择方 法 ：在CAE中选取 7处 断面 作为对 比对象 。

   检测方法：白光扫描零件后 ，对比数据 。 

   实验结果 ：经比较 ，零件的实际回弹值与理

   论值偏差大多在2mm左右 ，并且回弹方向保持一致 。

    “收缩线”对比情况

    选择方法 ：将CAE分析的板料收缩线和实物零件的板料收缩线做对比。

   检测方 法 ：先把CAE中的收缩线 画在料片上 ，再将实物零件的收缩线画在同一个料片上 ，对比两条线的差异 ，实际收缩线和理论收缩线的偏差需控制 在2mm之 内 。

   实验结果 ：实际收缩线与理论收缩线偏差不超过2mm 。

     “冲击线”对比情况

    选择方法：将CAE分析的拉延筋＆侧壁冲击线

    和实物零件的拉延筋＆侧壁；中击线做对比。

    检测方法：用直尺测量拉延筋冲击线与侧壁；中击线长度 ，与CAE中的数值进行对比。

    实验结果 ：拉延筋实际冲击线长度I：LCAE中的数值小：侧壁实际冲击线长度与CAE中的数值基 本一致 。

     “压边力与成型力”对比情况

     选择方法 ：CAE分析会推荐理论压边力和成型 力 ，现 场零 件调试稳 定后 ，会确 定实 际的压 边力和成 型力 。

     检 测方法 ：在压机 上将 零件调 到最 佳状态 后 ，保证理论收缩线和实际收缩线 的偏差在2mm之内，锁定机床压力值 ，对比机床的顶缸和主缸压力与CAE中压边力和成型力的差异。压边力CAE理论值：140T；成型力CAE理论值 ：300T。当主缸：300T (理论压力值 )：顶缸：150T现场调试锁定值 )时，由于压力不够 ，零件成型不充分 ；当主缸 ：400T；顶缸：150Tlt-,j，由于压力不 够 ，零 件成 型 不充 分 ；当主 缸 ：500T；顶缸 ：150TI~-,J，零件料片尺寸收缩线 ，与理论相差2mm以内 ，零件成型 充分 。实验结果 ：实际压边力与理论压边力大小相近 ，实际压 边 力略大 ：实 际成 型力 是理论 成型力 的1．6倍左 右 。

结论

1．减薄率与增厚率 ：减薄率和增厚率实际值都不超过 理论 值

2．开裂 ：实际开裂区域与CAE分析开裂区域一致 ；

3．起皱 ：实际起皱 区域与CAE分析起皱区域一致 ；

4．回弹 ：零件的实际回弹值与理论值偏差大多在2mm左右 ，且回弹方向保持一致：

5 女缩线 ：实际收缩线与理论收缩线偏差不超过2mm；

6．冲击线 ：拉延筋实际冲击线长度比CAE中的数值小 ，侧壁实际冲击线长度与CAE中的数值基本一致 ：

7．压边力与成型力 ；实际压边力与理论压边力大小相近 ，实际压边力略大；实际成型力是理论成型力的16倍左右。通过对先进高强~DP800)~压成形一致性系统的研究 ，充分了解了DP800的CAE分析的准确度以及偏差项 ，为前期CAE分析提供指导 ，确保实物与理论分析一致 ，为零件的正向设计保驾护航 。