1、汽車B柱加強板數值模擬拉延成形文獻綜述一、前言汽車B柱是位于駕駛艙的前座和后座之間，兩側兩扇門之間的那根縱向杠子，從車頂延伸到車底部。B柱不但支撐車頂蓋，還要承受前、后車門的支承力，在中柱上還要裝置一些附加零部件，例如前排座位的安全帶，有時還要穿電線線束，具有空間曲面，形狀不對稱，強度要求高等特點,B柱內板零件成形深度較大零件截面變化比較復雜，成形件底部的高度存在很大的起伏，零件的圓角半徑較小。因此B柱大都有外凸半徑，以保證有較好的力傳遞性能。在以前，轎車的中柱截面形狀是比較復雜的，它由多件沖壓鋼板焊接而成。隨著汽車制造技術的發(fā)展，數值模擬技術在汽車覆蓋件生產中的應用，不用焊接而直接采用液壓成

2、型的封閉式截面B柱巳經問世，它的剛度大大提高而重量大幅減小，有利于現代轎車的輕量化。本文采用DYNAFORM數值模擬方法對汽車B柱成型過程的研究，能有效的預測成形過程中出現的拉裂，起皺，回彈等缺陷，并且將數值模擬技術運用到模具的開發(fā)，與傳統的模具開發(fā)方法相比，可以節(jié)省大量的人力財力，縮短模具開發(fā)的周期，為公司帶來極大的效益。關鍵詞：汽車B柱 ；數值模擬 ；拉延成形；二、汽車B柱數值模擬研究現狀2007年，西華大學李金燕1以板料成形的彈塑性理論和DYNAFORM軟件為基礎，對某汽車B柱加強板的拉深過程進行了研究，并采用正交實驗法對拉深工藝參數和模面結構參數進行設計。通過研究拉延速度、摩擦系數、拉

3、延筋的高度與半徑和凸凹模間隙對加強板零件拉深質量的影響，得出以下結論：凸凹模間隙越小，拉深后的加強板局部厚度越小，越容易引發(fā)制件破裂。拉延速度提高，加強板局部最小厚度值減小，制件局部破裂傾向增大，但是拉延速度過慢，加強板局部最小厚度增加，制件局部起皺頃向加大。通過合理設置半圓截面拉延筋，利用正交實驗優(yōu)化其高度和圓角半徑，B柱加強板的拉深質量得到明顯改善，并有效地防止了起皺、破裂和不充分拉深等缺陷的產生。哈爾濱工業(yè)大學方華松2利用AUTOFORM以汽車B柱拉深模為例，對成形過程進行模擬，通過在凹模底部添加額外的“PAD”模塊，有效的控制了回彈量，抑制回彈的產生。2008年，哈爾濱工業(yè)大學機電工程

4、學院邢忠文和方華松、上海寶鋼集團公司上海寶山鋼鐵研究院徐力偉3利用拉延成形專用軟件AUTOFORM對某汽車B柱加強板進行成形仿真模擬,在模擬過程中，出現拉裂時，采用的應對方法為修改工藝補充面，降低拉深深度。為防止起皺，在有嚴重起皺區(qū)域坯距料邊緣25MM處設置拉延筋，并在拐角處設置工藝凸臺，有效的控制了起皺缺陷。2009年，合肥工業(yè)大學劉克素、劉全坤、江淮汽車股份有限公司苗量、江蘇大學王勻4采用DYNAFORM對DP600型汽車B柱加強板進行工藝分析及拉延模面設計，通過對汽車B柱加強板進行產品結構改進和工藝設計，將模擬時原零件最大減薄率從24.8%降低到18.2%，消除了拉裂傾向。2011年，東

5、風柳州汽車有限公司技術中心方文寧等5利用DYNAFORM對汽車B柱加強板拉延成形過程進行數值模擬分析，通過采用：（1）增加吸收余量的形狀；（2）調整拉延筋；（3）采用反向拉深；（4）調整壓邊力，這四種方法，改善了零件的起皺情況。三、汽車覆蓋件數值模擬的發(fā)展趨勢隨著汽車飛速發(fā)展，新型汽車成出不窮，汽車模具的開發(fā)周期與汽車覆蓋件的質量已成為汽車產業(yè)的主要競爭力量。隨著計算機軟硬件和有限元方法的發(fā)展，數值模擬技術在汽車覆蓋件生產上的運用越來越廣泛。經過10多年的發(fā)展，車身覆蓋件沖壓仿真已經進入工業(yè)實用，在提高產品質量，降低制造成本，縮短開發(fā)周期三個方面發(fā)揮著越來越大的作用6。目前，該領域的發(fā)展趨勢是

6、：1.回彈是對拉延成形質量影響最大的缺陷，所以必須強化軟件系統，完善回彈算法，提高回彈的模擬精度，進而達到有效控制的回彈的目的；2.進行覆蓋件的完整工序的仿真，如果只針對拉延過程的仿真來判定零件的成形質量是完全不夠，因為很多缺陷將會在拉延成形后的工序中表現出來，所以開發(fā)出模擬零件完整工序的軟件更能有效的預測零件生產過程中的缺陷；3.強化優(yōu)化系統，有便于針對仿真過程中出現的缺陷進行系統分析，給出最佳的優(yōu)化工藝方案；4.軟件的強強聯手，大型軟件聯合開發(fā)出最佳的板料成形數值模擬軟件，提高模擬精度與準確度，給企業(yè)帶來極大的效益。四、拉延成形容易出現的缺陷4.1起皺拉深時毛坯的法蘭邊變形區(qū)的每一個小扇形

7、塊受到三個方向的應力作用。當垂直方向的壓應力過大扇形塊又較薄時，壓應力超過此時扇形塊所能承受的臨界壓應力，則扇形塊就會失穩(wěn)彎曲而拱起。當沿著圓周的每個小扇形塊都拱起，則在凸緣變形區(qū)沿切向方向就會形成高低不平的皺折，這種現象就叫起皺。變形區(qū)一旦起皺，對拉深的正常進行是非常不利的。因為毛坯起皺后，拱起的皺折很難通過凸凹模間隙，如果強行拉入，則拉應力迅速增大，容易使毛坯受到過大的拉力而導致開裂報廢。即使模具間隙較大，或者起皺不嚴重，拱起的皺折能勉強被拉進凹模內，皺折也會留在工件的側壁上，從而影響零件的表面質量。同時，起皺后的材料在通過模具間隙時與模具間的壓力增加，導致與模具間的摩擦加劇，磨損嚴重，使

8、得模具壽命大為降低7。影響起皺的因素主要有以下幾個方面：（1）毛坯的相對厚度T/D；（2）壓邊力的大小；（3）拉延筋的分布方式；（4）拉延系數。由于汽車B柱加強板類似于盒形件，毛坯相對厚度公式不適用，汽車覆蓋件拉延成形一般只有一次拉延，所以拉延系數固定不變，預防起皺可以從拉延筋的布置方式和壓邊力的大小著手。對于局部起皺嚴重的地方，可以相應的布置13條拉延筋，控制坯料變形流動速率，當整個零件起皺嚴重時，不僅要在坯料法蘭邊上加上拉延筋，還要適當的增大壓邊力，達到控制起皺缺陷的目的。4.2拉裂拉裂是板料在拉延成形過程中失穩(wěn)的一個主要表現形式。板料拉延成形時，隨著變形過程的繼續(xù)，材料承載面積不斷縮減，

9、當其應變強化效應的增加能夠補償承載面積的縮減時，變形穩(wěn)定進行下去，兩者恰好相等時，變形處于零界狀態(tài)，當應變強化效應的增加不能補償承載面積的縮減時，即越過了臨界狀態(tài)，板料的變形將首先發(fā)生在承載能力弱的位置，繼而發(fā)展為細頸，最終導致板料出現破裂現象8。影響拉裂的主要因素有拉延變形的程度、材料的力學性能、壓邊力的大小和潤滑條件等。減小壓邊力、添加潤滑劑和改變凸模圓角半徑都能有效的控制拉裂缺陷的產生。4.3回彈在外力的作用下，坯料在拉延成形時同時存在兩種變形即彈性變形和塑性變形，當外力卸載后，由于彈性變形區(qū)的材料產生彈性恢復，導致變形結束后，覆蓋件的形狀和尺寸發(fā)生與加載時變形方向相反的變化叫做回彈。在

10、板料形成中, 回彈是模具設計中要考慮的關鍵因素, 零件的最終形狀取決于成形回彈后的零件形狀。當回彈量超過允許容差后, 就成為成形缺陷, 影響零件的幾何精度。因此回彈一直是影響、制約模具和產品質量的重要因素。隨著汽車工業(yè)和航空工業(yè)的發(fā)展, 對薄板殼類零件成形精度的要求越來越高, 特別是由于高強度鋼板和鋁合金板材的大量應用, 回彈問題更為突出, 成為汽車和飛機等行業(yè)關注的熱點問題9。五、工藝改進在拉延成形是，一般壓邊力和沖模沖力是保證不變的，要想減小拉延成形是出現的缺陷，就要對其他影響因素進行調節(jié)。防止起皺最簡單的方法就是采用壓邊圈，對于拉裂，就要根據材料的成形性能，采用適當的拉深比和壓邊力，增加

11、凸模表面粗糙度，改善凸緣部分的潤滑條件等，對于回彈要改善相對彎曲半徑，采用合理的彎曲方式，改進彎曲件的局部結構及選用合適的材料，改善變形區(qū)的應力狀態(tài)或者采用軟模法。在此基礎上，還可以合理的控制模具凸凹模間隙，合理設置拉延筋，采用適當的初始坯料形狀和沖壓的速度等10-17。六、總結與展望隨著有限元模擬技術的日趨成熟, 利用計算機進行汽車覆蓋件零件成形過程的數值仿真已顯示出巨大的工程應用價值。板料成形CAE 軟件不但可以預測覆蓋件沖壓過程中原先只有通過試模才能暴露的成形缺陷, 而且還可借助預測結果簡化和優(yōu)化成形工藝過程及其模具設計方案和模具結構, 縮短生產準備周期, 提高產品質量和模具壽命, 降低

12、生產成本。盡管數值模擬在覆蓋件成形研究中已經取得了很大進展, 但還存在著計算量大、效率低、工藝參控制單一等缺點，應該進一步尋求更好的計算方法, 以提高計算效率, 縮短計算時間; 同時改善工藝參數控制單一的缺點, 以適應更為復雜的板料成形工藝;并且應用人工智能與專家系統技術, 在數值分析結果的基礎上自動對成形方案進行評價, 給出方案優(yōu)化的建議。七、參考文獻1 李金燕.B柱加強板拉深質量研究D.成都：西華大學材料加工工程系，2007.2 方華松.汽車B柱成形仿真與回彈分析D.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學機電工程 學院機械制造及其自動化，2007.3 邢忠文等.汽車B柱成形仿真與分析J.鍛壓技術，2008

13、，33(2)：27-30.4 劉克素等.汽車B柱加強板成型性模擬分析及優(yōu)化J.汽車技術,2009,6(1):59-61.5 方文寧，何干林.汽車某B柱零件的成形皺曲仿真分析J.大眾科技，2011,12（11）：136-138.6 陸國民.U形車身覆蓋件拉延成形數值模擬分析與回彈預測D.江蘇揚州：揚州大學車輛工程系，2004.7 高錦張.塑性成形工藝與模具設計M.北京：機械工業(yè)出版社，2007.108-109.8 龔紅英.板料拉延成形CAE使用教程M.北京：化學工業(yè)出版社，2010.14-17.9 趙國偉等.板料成形回彈的數值模擬與影響因素J.拉延，2005,40（3）：55-58.10 周天瑞.汽車覆蓋件拉延成形技術M.北京：機械工業(yè)出版社，2000.83-84.11 胡平.汽車覆蓋件模具設計M.北京：機械工業(yè)出版社，2011.71-74.12 楊玉英.使用拉延工藝及模具設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，2004.717-720.13 林忠欽.車身覆蓋件拉延成形仿真M.北京:機械工業(yè)出版社，2004.240-247.14 M. Tisza, Numerical modeling and simulation in sheet metal forming,Journal of Materials Processing Techno