商用車車架沖壓高低差縱梁成形性分析

冉 慶，王正勇，唐 平

（一汽解放汽車有限公司成都分公司，四川成都610500）

1 引言

為滿足汽車輕量化及安全性能的要求，高強鋼板在商用車車架中應用越來越廣泛[1]。由于高強鋼板的成形性能差，板料沖壓成形后的彎曲回彈和扭曲回彈現象比較嚴重。Dynaform軟件是針對板料成形有限元分析的專業軟件。它可以預測板料成形過程中的破裂、起皺、減薄及回彈，從而對板料成形做出預測性評估[2]。本文利用Dynaform軟件對車架沖壓縱梁成形過程進行了分析，并與實際成形縱梁尺寸進行比對，經過不斷修改，取得了較好的效果。

2 制件信息

制件的長、寬、高輪廓為6,488×300×80mm，材料牌號為500L，料厚8mm，如圖1所示。

圖1 制件圖

該制件前后方向的落差為70mm，車架裝配完成后在折點位置需要落裝發動機及氣瓶支架，車架寬度方向上公差需要控制在±2mm，縱梁翼面需要平整，因此對沖壓縱梁高低差回彈控制有嚴格要求。沖壓縱梁成形尺寸受設備主缸壓力、下頂缸壓力、模具結構、潤滑情況、材料狀態等因素影響。其中，模具結構是影響縱梁成形尺寸，回彈量的關鍵因素。

3 有限元分析過程

3.1 制件模型的導入與網格劃分

在Catia軟件中對制件進行三維模型的建立，對縱梁數模進行修改，將鑲塊合并，如圖2所示，然后在Pro/E中提取模面，去除多余模面，將模型分成上模、下模、托板、定位銷4大功能塊（見圖3），并導入到Dynaform中。在板料成形模擬過程中，網格劃分得越細，得到的計算結果越精準，與實際成形結果越接近。但是，網格越細，需要的計算資源越高，計算時間延長。此縱梁模型尺寸長，劃分越細，需要的計算資源會超過Dynaform軟件本身上限。此次分析過程的最小網格大小為3mm。經計算R角上最少劃分3個網格，網格尺寸不大于4.18mm，3mm滿足要求。

圖2 模具三維圖

圖3 模面提取

3.2 材料的確認

此縱梁厚度為8mm，從厚度分析，采用體單元進行計算。材料為高強鋼，從材料分析，采用18#進行計算，在Dynaform中選取此材料。

3.3 參數的確定

縱梁成形設備為4,000t油壓機，凸模裝在4,000t設備滑塊上，由主缸提供動力。凹模固定在設備底座上的大模架內，托板放在凹模中間，隨下頂桿上下移動，托板上平面與凹模上平面平齊。設置好參數，當板料拉入凹模上面后，滑塊下滑帶動凸模體運動，凸模體與板料接觸后，與托板一起將板料壓緊，然后滑塊繼續下行，帶動凸模體-板料-托板下行，縱梁逐漸成形，在達到模具底部時，保壓一段時間，然后主缸泄壓，下頂桿帶動托板將縱梁頂出，凸模回到初始位置，完成一個成形過程，如圖4所示。

圖4 縱梁成形過程

3.4 凸模運動速度及保壓時間

適當的提高凸模的虛擬模擬運動速度，不但可以提高運算效率，還能夠保證計算精度[3]，根據計算機配置及實際運行效果，將凸模的虛擬運動速度設置為1,000mm/s，保壓時間設置為8s，摩擦系數為0.125。根據成形過程中測量下頂缸實時壓力，下頂缸頂出力統一設置為10kN。

3.5 任務提交與運算

完成前處理過程后，將模型提交到Dynaform軟件中的LS-DYNA求解器中進行求解。處理完后的有限元模型如圖5所示。

圖5 前處理完后的有限元模型

4 模擬結果分析

此次分析過程中，采用定位銷定位，以后折點位置向后300mm范圍為測量高低差基準面采用節點約束法進行回彈分析，分析結果如圖6所示。前折點處高低差最大為65mm，越靠前端位置，回彈越大，高低差越小。

圖6 模擬分析結果

5 實際成形結果分析

針對模擬分析結果，就制件調試中高低差采用便攜式三坐標進行了實測，其結果如圖7所示。實測結果中同一縱梁，其高低差越靠前端位置，其回彈越大，高低差越小；不同縱梁，相同孔位處回彈趨勢一致，高低差大小不一樣，是由成形過程中壓力機實際壓力值不穩定引起。

圖7 高低差實際測量數據

6 模擬結果與實際成形結果對比分析

模擬結果與實際成形結果對比分析如圖8所示。圖8中模擬結果與實際成形結果高低差趨勢一致，越靠近縱梁前端位置，回彈越大，高低差越小；理論與實際對比的相對均值誤差最大在1.2~2.6mm以內。

圖8 理論與實測對比

7 結論

（1）液壓成形設備在生產過程中，其壓力值存在波動，會對最終的成形回彈效果產生影響，導致制件穩定性差。

（2）本次有限元理論分析與實際測量數值存在差異，與材料性能波動、摩擦系數、材料本構關系模型、設備狀態、模具狀態有關，但理論與實際縱梁回彈趨勢一致，可以為后續工作中不斷優化參數與模具結構提供指導，進而提升模具設計效率與制件質量。