汽車前艙內(nèi)板成型力分析

柴克文

隨著汽車排放要求升級(jí)及汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展，汽車駕駛室采用的高強(qiáng)鋼比例越來越高，高強(qiáng)鋼成型所需的壓力較普通鋼材高很多，需要更大型的壓力設(shè)備進(jìn)行成型，現(xiàn)場調(diào)試中會(huì)出現(xiàn)壓機(jī)無法滿足需求壓力而更換較大壓機(jī)進(jìn)行調(diào)試的情況，造成資源浪費(fèi)。

影響成型壓力的因素主要有材料、工藝、零件結(jié)構(gòu)、模具等方面。

圖1所示為某車型車身前艙內(nèi)板零件結(jié)構(gòu)圖，其尺寸2278mm* 425mm*230mm，料厚2mm，屬于較大型結(jié)構(gòu)零件，材質(zhì)為HC380-590TR，為相變誘導(dǎo)塑性鋼，其優(yōu)點(diǎn)為較同級(jí)別高強(qiáng)鋼成型性好，適應(yīng)于復(fù)雜形狀零件成型。

經(jīng)過對零件成型力進(jìn)行分析，其成型壓力2720T，遠(yuǎn)超機(jī)床公稱壓力，需優(yōu)化降低零件成型力，通過分析討論，從材料、工藝、結(jié)構(gòu)等方面對零件成型力進(jìn)行分析優(yōu)化。

材料對零件成型力的影響

材料對成型力的影響主要為材質(zhì)與料片尺寸，不同的材質(zhì)由于抗拉強(qiáng)度不同，成型時(shí)所需的壓力也不同，高強(qiáng)度的鋼材所需的成型力越大。

根據(jù)零件形狀做好工藝后對零件成型力進(jìn)行軟件模擬分析，分別選用HC380-590TR、B340LA、B250P1、B210P1材質(zhì)對零件進(jìn)行分析計(jì)算，其成型壓力如表1所示，隨著材料強(qiáng)度的提高成型力也相應(yīng)提高，HC380-590的成型力達(dá)到2720KN，估算所需的機(jī)床大于3400KN，現(xiàn)場無法提供所需的壓力機(jī)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，B210P1材質(zhì)所需壓力也達(dá)到2155KN，現(xiàn)場壓力機(jī)無法滿足要求，且車體強(qiáng)度要求此零件最低等級(jí)材質(zhì)B340LA，降低材質(zhì)無法滿足車身結(jié)構(gòu)要求，需要從其他方面考慮降低成型壓力。

工藝設(shè)計(jì)對零件成型力的影響

工藝設(shè)計(jì)影響成型力主要為零件工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)，工藝補(bǔ)充有利于簡化零件形狀，零件形狀越復(fù)雜，成形材料流動(dòng)與塑性變形越難控制，一般盡量減少多余的造型補(bǔ)充，外部補(bǔ)充盡量小，降低成型力，另外凸模、凹模圓角直接影響毛坯流動(dòng)的變形阻力，R越大阻力越小越易成型。

本零件原始工藝補(bǔ)充為防止零件成型后回彈在零件內(nèi)部a、b、c處增加三處凸包造型，考慮到此零件材質(zhì)強(qiáng)度較高，料厚較厚，不易回彈，結(jié)合成型分析結(jié)果優(yōu)化拉延工藝，將三處凸包工藝補(bǔ)充去除后用軟件模擬分析其成型壓力。

分析結(jié)果如表2所示，可以看出去除多余補(bǔ)充部分后成型力下降約550T～750KN，下降明顯。HC380-590TR最大所需成型壓力1957KN，現(xiàn)場最大機(jī)床可滿足成型要求，成型力仍然很大，需在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化降低。

零件造型對零件成型力的影響

產(chǎn)品形狀也對成型力有重要影響，拉延深度、凸凹造型、內(nèi)部造型R角等因素，一般拉延深度越深所需成型力越大，造型臺(tái)階要適當(dāng)，太多成型所需的力越大，太少產(chǎn)品塑性變形不充分容易引起回彈，需要在壓料處控制使材料塑性變形充分，會(huì)使變形力變大，內(nèi)部造型R角越小成型力越大。

考慮到產(chǎn)品內(nèi)部大平面造型凸臺(tái)較多，且成型R角半徑為10mm，影響成型力的大小，用軟件模擬分析凸臺(tái)R角不同大小時(shí)所需成型力大小。

結(jié)果如表3所示，R角半徑到25mm后成型壓力降低160KN左右，效果明顯，可以達(dá)到實(shí)際需求。

模具本身對零件成型力的影響

經(jīng)過以上分析優(yōu)化，零件壓力在理論上達(dá)到要求，下一步進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證，調(diào)試驗(yàn)證主要考慮模具本身的影響。

模具研合不到位存在硬點(diǎn)干涉、R角清根不干凈，容易造成成型過程中模具上下模局部干涉造成成型壓力增大，拉延成型不到底，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起模具損壞，對于模具是否存在硬點(diǎn)干涉及R角清根不干凈，采用模具不帶料片將墩死塊拆除，上下?？昭兴⑺{(lán)油確認(rèn)是否存在硬點(diǎn)干涉。

同時(shí)很多較大型模具采用彈性存放，越大的模具由于模具結(jié)構(gòu)較重采用的氮?dú)鈴椈尚吞?hào)越大，所需的壓縮力也就越大，拉延成型過程中模具閉合時(shí)氮?dú)鈴椈蓵?huì)給上模相反的作用力，且隨著拉延過程越來越大，選用較大的氮?dú)鈴椈蓵?huì)造成成型力變大。

其他調(diào)試優(yōu)化因素

除了以上幾個(gè)主要因素外，料片尺寸、拉延筋的設(shè)計(jì)也影響成型力大小，本零件調(diào)試過程中對料片寬度分別縮短10mm、15mm驗(yàn)證，成型力隨料片尺寸變小而減小，產(chǎn)品拉延狀態(tài)無明顯變化，選取最小料片尺寸。

拉延筋控制材料流動(dòng)速度影響成型，拉延筋的形狀、大小，分布、高度、深度、圓弧半徑、筋槽圓弧半徑都對成型力有很大的影響，本零分析過程中相同材質(zhì)的料片在有、無拉延筋狀態(tài)下壓力變化最大74噸，對成型力有一定影響。

實(shí)物驗(yàn)證結(jié)果

根據(jù)以上分析對產(chǎn)品內(nèi)部部分R角放大到25mm，產(chǎn)品工藝補(bǔ)充進(jìn)行優(yōu)化后進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)及驗(yàn)證調(diào)試，經(jīng)最終調(diào)試驗(yàn)證，采用HC380-590TR材料，實(shí)際生產(chǎn)成型壓力達(dá)到1950T，壓邊力300T，成型力明顯降低，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語

零件成型力是成型性的一部分，影響成型性的因素較多且復(fù)雜，因不同的結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計(jì)而不同，通過前艙內(nèi)板成型力的分析及調(diào)試驗(yàn)證，可以看出材質(zhì)、工藝、及零件造型對成型力有重要影響，調(diào)試過程中模具研合加工對成型力也有較大的影響，在設(shè)計(jì)驗(yàn)證中可以從以上方面進(jìn)行優(yōu)化，提升零件成型性。