商用車防護梁繞彎成形有限元模擬研究

梁策 王愛成 李義

摘 要：某型商用車防護梁采用高強鋼帶輥彎成型制得“日”字形截面型材，然后對一定長度型材兩側(cè)進行繞彎，以便安裝在保險杠總成上。本文分析了防護梁繞彎成型的難點，設(shè)計了有芯碾壓式繞彎裝置，并對其進行有限元仿真模擬，改進后所生產(chǎn)的防護梁符合質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：商用車防護梁;繞彎成形;數(shù)值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.021

1 概述

汽車前保險杠通常是車輛碰撞事故中首先接觸到的部位，可以降低對人的傷害程度，同時減小對車輛的損壞。防護梁是汽車前保險杠最重要的組成部分，成形精度要求高，零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成形弧度和變形程度較大，極易出現(xiàn)斷裂、起皺等缺陷。因此，汽車前保險杠防護梁的制造工藝對于提高汽車被動安全性具有重要的意義。

本文研究的高強鋼“日”字形截面汽車防護梁，其制造工藝包括兩個部分：第一，將高強鋼帶輥彎成形制成“日”字型截面型材;第二，將型材兩端同時彎曲一定弧度，制得防護梁成品。

2 商用車防護梁繞彎成形有限元模擬研究

本文研究的防護梁材質(zhì)是寶鋼B700L大梁高強鋼，采用美國MTS810進行拉伸測。

由輥彎機組制得的高強鋼“日”字形截面型材，需要將兩側(cè)彎曲一定的弧度，最終制得防護梁。為了將實現(xiàn)這一工藝，對型材彎曲裝置進行開發(fā)。

將“日”字形截面防護梁進行彎曲一定弧度，常用的方案就是繞彎。由于材料強度高，并且彎曲弧度小，為了消除彎曲過程中的斷裂、褶皺等缺陷，設(shè)計適應(yīng)型材內(nèi)腔的柔性模芯，提供足夠的支撐力。

利用有限元技術(shù)，對柔性模芯繞彎成形進行仿真研究。模型在ABAQUS/Explicit環(huán)境中運行，其中分析步時長0.01，質(zhì)量縮放系數(shù)為100，忽略摩擦對模型的影響。

高強鋼防護梁柔性模芯繞彎有限元仿真效果圖如圖1（a）所示，圖中各部件的位置與實際繞彎成形機相似。型材繞彎后與實際對比圖如圖1（b）所示，從圖中觀察到褶皺與實際褶皺相似，并且型材彎曲內(nèi)側(cè)鋼板有一定褶皺。模型有效地模擬了加工過程，并且仿真效果與實際相近，從而證明了仿真的有效性。

改變圖1中柔性模芯活塊的結(jié)構(gòu)使其成為緊湊型柔性模芯。通過模型活塊的設(shè)計，嘗試將柔性模芯活塊改為上大下小，使得加工成型后小塊之間能夠更緊密的貼合，有效抑制因為活動塊設(shè)計問題或者拔出時的錯位。這種設(shè)計使得型材的繞彎加工效果更好。示意圖如圖2所示。

從圖中可以看出，在這種緊湊型柔性模芯的設(shè)計中，繞彎后芯塊之間貼合緊湊，繞彎產(chǎn)生的褶皺基本可以消除。

3 結(jié)論

（1）柔性模芯芯塊在繞彎后的位置更加穩(wěn)定，消除了柔性模芯芯塊錯位、運動不規(guī)則等造成的缺陷，并且實際情況下，這樣設(shè)計的柔性模芯更容易拔出。

（2）通過數(shù)值模擬結(jié)果研究，指導(dǎo)成形工藝開發(fā)，并且與實驗結(jié)果進行對比，不斷修改繞彎裝置設(shè)計，生產(chǎn)應(yīng)用效果較好。

參考文獻：

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基金項目：吉林省科技廳重點科技研發(fā)項目（20180201074GX）

作者簡介：梁策（1987-），女，吉林長春人，博士，副教授，研究方向：材料加工工程。