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    一種輕量化材料QP980仿真分析與應(yīng)用

    2020-03-18 08:36:34
    模具制造 2020年1期
    關(guān)鍵詞:高強(qiáng)度沖壓輕量化

    韋 佳

    奇瑞汽車股份有限公司制造工程院(安徽蕪湖 241009)

    1 引言

    基于國(guó)家的能源戰(zhàn)略與環(huán)保要求的不斷提高,各主機(jī)廠都在研究新材料的開發(fā)與引入,提高自身產(chǎn)品的輕量化水平。在整車的重量配比中,車身重量達(dá)到了20%,在保證車身安全性能指標(biāo)的前提下,使用高強(qiáng)度鋼板提升性能、減輕重量被認(rèn)為是車身輕量化最重要的方向之一。

    第一代及第二代高強(qiáng)度鋼板被廣泛的運(yùn)用到了車身結(jié)構(gòu)件之中,但是對(duì)于一些復(fù)雜形狀的零件要保證產(chǎn)品強(qiáng)度等級(jí),沖壓條件受到了很多的限制。經(jīng)過鋼廠的多年研究,第三代高強(qiáng)度鋼板QP980應(yīng)運(yùn)而生。QP980鋼在保證了產(chǎn)品強(qiáng)度等級(jí)的同時(shí),其成形性也得到了大幅提高(見圖1)。本文以一個(gè)項(xiàng)目為例,驗(yàn)證QP980材料在車身上的應(yīng)用。

    圖1 QP980參數(shù)

    2 QP980鋼的應(yīng)用

    在某一款車型設(shè)計(jì)中進(jìn)行由于輕量化與性能提升的要求,將該車型的前縱梁后部本體材質(zhì)定義由原來(lái)的DP780材料的1.8mm料厚減少為QP980材料的1.6mm料厚,如圖2所示。

    圖2 前縱梁后部本體

    前期我司在A柱加強(qiáng)板上用過的最高的材質(zhì)是DP780的材料,在模具制造的過程中,由于材料強(qiáng)度越高,沖壓成形的難度就越大,產(chǎn)生了一系列的問題,如反弧、起皺、扭曲回彈等問題,如圖3所示,對(duì)于制件的交付花了很長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試,最終才滿足裝車的需要。

    圖3 A柱加強(qiáng)板780材質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)問題

    對(duì)于新材料QP980高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用,需要更加慎重,所以要對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的沖壓CAE的分析來(lái)確實(shí)其制造可行性。

    3 CAE模擬分析

    由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)了兩種材料,DP780材質(zhì)1.8mm料厚與QP980材質(zhì)1.6mm料厚,用CAE分別為需要這兩種材料進(jìn)行軟件分析對(duì)比。

    3.1 成形對(duì)比

    由于此件為較為規(guī)則且深度較深,采用OP10工序初步成形的工藝,OP20工序在對(duì)制件進(jìn)行整形的工藝進(jìn)行CAE設(shè)置,如圖4所示。

    圖4 工序成形與整形設(shè)置

    首先在軟件里面對(duì),第一步對(duì)OP10工序初步成形進(jìn)行分析,并對(duì)他們的變薄率(見圖5)與FLD成形極限圖(見圖6)進(jìn)行對(duì)比。

    圖5 OP10變薄率圖

    圖6 OP10 FLD圖

    結(jié)合變薄率與FLD成形極限圖可以分析得出結(jié)論,兩種材質(zhì)變薄率與FLD均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),滿足成形條件。

    再次對(duì)OP20整形工序進(jìn)行分析,并且對(duì)其變薄率與FLD成形極限圖進(jìn)行對(duì)比,如圖7所示。

    圖7 OP20變薄率與FLD圖

    結(jié)合變薄率與FLD成形極限圖可以分析得出結(jié)論,兩種材質(zhì)變薄率與FLD均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),滿足成形條件。

    成形結(jié)論分析:產(chǎn)品設(shè)計(jì)QP980材質(zhì)滿足成形條件,后期的制件的反彈與扭曲問題需要在模具設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行扣回彈處理。

    3.2 重量對(duì)比

    通過兩種材料的對(duì)比,對(duì)比兩種材質(zhì)料厚的減重效果,通過利用QP980材料沖壓進(jìn)行優(yōu)化,可實(shí)現(xiàn)單件0.49/kg的減重,整車0.98kg的減重,如表1所示。

    表1 兩種材料重量對(duì)比

    最終,由于CAE仿真結(jié)果合格且減重效果明顯,經(jīng)過綜合評(píng)價(jià)與判斷,此項(xiàng)目采用QP980材料進(jìn)行制造。

    4 結(jié)束語(yǔ)

    汽車產(chǎn)業(yè)輕量化已經(jīng)成為行業(yè)的一種趨勢(shì),輕量化的綜合效應(yīng)是能夠使車身減重并進(jìn)一步提高燃油經(jīng)濟(jì)性,從而提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力,給用戶帶來(lái)用車成本的節(jié)約。新材料的導(dǎo)入也必將推動(dòng)整個(gè)汽車行業(yè)的發(fā)展,工藝可制造水平也能側(cè)面的反應(yīng)出一個(gè)汽車主機(jī)廠的制造水平,隨著輕量化的深入,高強(qiáng)度鋼板將越來(lái)越多應(yīng)用在車身設(shè)計(jì)上。

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