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轉發自：製造技術/工藝裝備 現代（dài）製造工程（Modern Manufacturing Engineering) 2013年第11期

作者：謝秉順1，朱健軍1，魯萬彪1，唐晶晶1，艾國平2，盧文壯2 （1南車（chē）南京浦鎮車輛（liàng）有（yǒu）限公司工業化（huà）部，南京210031；2南京航空航天大學機電學院，南京（jīng）210016）

在金屬薄板平麵內的兩個主應變、 2聯合作用（yòng）下，某一區域發生減薄時，可以獲得的最大（dà）應變量。成形極限圖分（fèn）為安全區、臨界區、破裂區（qū）和褶皺區四個部分，是判斷薄板成形性最有效的一種方法[ 。34] 通過衝壓成形數值模擬得到的彎梁板材成形分布情況如圖4所示。

從圖4a中可（kě）以看出，總體（tǐ）上彎梁成形處於（yú）安全區內，彎梁能夠順利成形。圖4b所示反映出（chū）彎梁板材成形分布不均勻，彎梁的上圓弧曲麵和下圓弧曲麵部分區域都有褶皺趨勢，主要是由於彎梁板材在塑性變形過（guò）程中，會受到複雜的應力狀（zhuàng）態的作用，板材處於徑（jìng）向受拉、環向受（shòu）壓的應力狀態，從（cóng）而導致起（qǐ）皺趨勢。

在模具設計時可通過（guò）設置拉延筋等方法，將（jiāng）材（cái）料流動阻力引人起皺區，抵消部分壓應（yīng）力的影響，從而消除起皺現象。

破裂區

a)成形極限(主應變82)圖

b)成形狀態區域（yù）分布圖

圖4彎（wān）梁板材成（chéng）形分布情況

謝秉順，等：彎梁板材衝壓成形仿真分析及工藝（yì）改進 2013年第（dì）11期

2．2等效應力應變

彎梁（liáng）衝壓成（chéng）形過程中彎梁（liáng）板材與模具相互作用（yòng），應力分布規律非常複雜，其中等效應力、應變是（shì）衡（héng）量板材（cái）是否拉裂的（de）一個重要依據4，如果超過材料臨界值，在成形過（guò）程中板材有（yǒu）可能被破（pò）壞。

應用Dynaform 軟件仿真得到的彎梁板材成形等效應力分（fèn）布圖和彎梁板材成形等效應變（biàn）分布（bù）圖分別（bié）如圖5和圖6所（suǒ）示 從圖5和圖6中可以看出，等（děng）效應力（lì）、應變分布不均（jun1）勻，等效（xiào）應力最大值為632園MPa，等效應變最大值為 4，346 × 10 5，最（zuì）小值為3，402 × 10一5等效應力與應變在分布規律（lǜ）上具有一致性，它們的最大（dà）值主要分布在壓延邊與側（cè）麵筋板交界位置。該位置如果有直口，將會（huì）出現拉裂現象。采用（yòng）工藝圓角可有效避免直口產生的應力集中，避免在壓延邊與側麵筋板交界位置（zhì）被拉裂

圖5彎梁板材（cái）成形等效（xiào）應力分（fèn）布圖

圖6彎梁板材成形等效應變分布圖

2．3成形厚度減薄率

彎梁板材成形過程中通過模具與板材相（xiàng）互作用使板材由彈性變形向塑性變形急劇（jù）轉（zhuǎn）變，金屬流動規律（lǜ）複雜，成形後的板厚出現（xiàn）了不均勻。厚度減薄率分布可為（wéi）彎（wān）梁毛坯展開（kāi）修正和模具約束方麵的設計提供參考（kǎo）。

圖7所示為彎梁板（bǎn）材成形厚度減薄率（lǜ）分布，從圖7中（zhōng）可以看出，成形（xíng）後板材厚度分布規律不規則，彎梁的側麵筋板厚度（dù）變薄，最大減薄率為24．03％，最小減薄率為0，300 4％。彎梁上圓弧曲（qǔ）麵和下部壓延邊等彎曲部位部分區域增厚，增厚率為2，336％，對上圓弧曲麵和下（xià）部壓延邊部位進（jìn）行充分約束，增大（dà）模具壓延力，可以防止在這些部位出現褶皺

圖7彎梁板材（cái）成形厚度減薄率分布

2，4模具（jù）與彎梁板材接觸力分析

彎梁（liáng）板材衝壓（yā）成形過（guò）程中衝壓力的（即接（jiē）觸力）大（dà）小是決定板材能否順利成形的關鍵因素。板材成形過程中模具與板材相（xiàng）互作用（yòng）使板材發生（shēng）大變形，需要衝壓機提供足夠（gòu）的（de）壓力。

凸模與彎梁板（bǎn）材接觸力分布圖和凹模與彎梁板材接觸力（lì）分布圖分別如圖8和圖9所示，從圖8和圖9中（zhōng）可（kě）以看出，彎梁（liáng）板材成形過程中模具與板材（cái）接觸力曲線先是逐步增大，到一定階段時接觸力（lì）迅速增大，然後下降，最終（zhōng）在一定的接觸力範（fàn）圍內波動，彎梁板材與凸模中間（jiān）接（jiē）觸力最大值為 235，24kN，彎（wān）梁板材（cái）與凸模兩邊接觸力最大值為

556．7kN，彎梁板材與凹模中間接觸力最大值為

40 17 kN，彎梁板材與凹模兩邊接觸力最大值為 298kN。當摩擦因數設定為0．10時，板（bǎn）材與凸模的接觸力最大值將由556．7kN降低為51 & 3kN，通過改變板材與（yǔ）模具之間的潤滑條件，可以降低接觸力（lì）。

板（bǎn）材與凸模兩 邊接觸力

圖8凸模與彎梁板材接觸力分（fèn）布圖

板材與凹模（mó）中間接觸

板材與凹模兩邊接觸力

圖9 凹模與彎梁板材接觸（chù）力分布圖

2013年第11期 現代製造工程（Modern Manufactunng Engineenng)

3成形工藝改進

根據上（shàng）述有限元數值模擬結果，對現有成形（xíng）工藝進行了改進

1） 針對彎梁的彎曲麵部分區域有褶皺趨勢的問題，新工藝增加上圓弧曲麵和下圓弧曲麵的模具壓延力，上圓弧曲麵壓（yā）延力由原來的5kN增加（jiā）到10kN，下（xià）圓弧曲麵壓（yā）延力由原來（lái）的2kN增加到5kN0

2） 針對等效應力與應（yīng）變最（zuì）大值主要分布在壓延邊與側（cè）麵筋（jīn）板（bǎn）交界位置的問題，為避（bì）免應力（lì）集中造成的板材拉裂，新工藝在壓（yā）延邊與側麵（miàn）筋板交界位置采用（yòng）半徑大於R6mm的工藝過渡圓角（jiǎo）。

3） 根（gēn）據摩擦（cā）因數的降低可以降低板料與模具之間接觸力的結論，新工藝對板料毛坯采用雙麵預（yù）塗刷（shuā） 20號機油（yóu）潤滑措施，降（jiàng）低板材（cái）與模具之間的摩擦（cā）因數。

通過以上的工藝改進，05CuPCrNi高（gāo）耐侯結構鋼彎梁（liáng）成形質量大大提高，在模具（jù）使（shǐ）用壽（shòu）命（mìng）期限內產品不合格（gé）率由原來的（de）5％降低到1％以下。圖10所示為（wéi）工藝改進後衝壓（yā）成形的彎梁零件實物圖（tú）。

圖10工藝改進後衝壓成形的彎梁零件實物圖

（上接第75頁）

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4結語

本文利用有（yǒu）限元（yuán）數值模擬（nǐ）對（duì）彎梁板材衝壓成形過程進行了仿真研究，得到了彎梁板材成形極限（xiàn）圖（tú）、厚度減薄率分布圖、應力及應變分（fèn）布圖。根據有限元數值模擬結果對現有成形工藝進行了改進，新工藝大大降低了產品的不合格率。

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作者簡介：謝秉順，工程師。

通訊作者（zhě）：盧文壯，教（jiāo）授，博士生導師。

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