1、汽車后保險杠成形工藝基礎研究及發展摘要：汽車保險杠是吸收緩和外界沖擊力、防護車身前后部的安全裝置。采用高強度鋼板制造的保險杠能大大提高乘員安全性，但高強度鋼板成形非常困難，在總結國內外汽車保險杠成形技術及研究概況的基礎上，分析了高強度鋼保險杠沖壓成形技術的研究現狀及主要研究方向，討論了高強度鋼保險杠沖壓成形領域要解決的關鍵問題，采用現有水平下的先進的數值模擬技術與調整沖壓工藝相結合能解決該問題。對于同類相關高強度鋼汽車零件的生產具有一定的指導意義。關鍵詞：汽車保險杠高強度鋼板沖壓工藝數值模擬研究Abstract：automobilebumperisabsorbingexternalimpact

2、,easingthebodyforwardprotectionsafetydevice.Productionofhighstrengthsteelbumpercangreat1yenhancetheoccupantsafety.However,itisveryhardtoformhighstrengthsteelplate.Thispaperbasedonthetheresearchanddevelopmentprogressofhighstrengthsteelaresummarized,theresearchstatusandmaindirectionofstampingtechnolog

3、yareanalyzed.Thekeypointsofstampingofhighstrengthsteelarediscussed.thesolutioniscombiningadvanced numericalsimulationechnologywithcurrentadjustingstampingprocess.Itprovidesreferencesformanufacturingsimi1arhighstrengthsteelpartsofautomobile.Keywords:automobilebumper;highstrengthstee1;stamping;numeric

4、alsimulation;study1，前言20年前，汽車前后保險杠是以一般鋼材為主，用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成U形梢鋼，表面處理鍍銘，與車架縱梁鐘接或焊接在一起，與車身有一段較大的間隙，好像是一件附加上去的部件。隨著汽車工業的發展，汽車保險杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路上。今天的轎車前后保險杠除了保持原有的保護功能并提高其安全性外，還要追求與車體造型的和諧與統一，追求本身的輕量化。為了達到這種目的，目前一些汽車的前后保險杠采用了高強度鋼板。有資料表明，使用高強度鋼板，原厚度為1.01.2mm的車身板可減薄至0.70.8mm,車身整體質量減少15%20%,節油8%15%。但是高

5、強度鋼板變形抗力大，對模具要求高，同時普遍存在較大回彈。某進口車型高強度鋼后保險杠采用的高強度鋼板屈服強度達到采用常規沖壓工藝很難達到產品要求，主要問題是破裂和回彈6-10,而國內可供參考的成功經驗也很少，如果采用國外熱成形技術又會顯著增加成本712,而且效率低下。由于沒有攻克這個技術難題，國內很多汽車企業放棄高強度鋼板制造保險杠而采用中強度鋼板再增加料厚的辦法，不僅增加成本而且造成車身重量加大，耗油量增加，性差；即使有汽車企業采用高強度鋼保險杠，也是直接交由國外企業采用熱成形制造，所以一直受限于國外企業的技術壟斷1315。為了打破這一技術壟斷，在國內現有工藝水平下采用先進的數值模擬技術與調整

6、沖壓工藝相結合最終成功攻克這一技術難關。本文主要分析沖壓用高強度鋼板、模具材料和設計的要求，歸納汽車高強度鋼后保險杠的開發及其沖壓成形技術，力求為該技術進一步的研究及其在汽車工業上的應用提供參考。2研究汽車高強度鋼后保險杠沖壓成形的背景和意義21板料沖壓成形技術概述冷沖壓是塑性加工的基本方法之一,它是利用安裝在壓力機上的模具,在室溫下對板料施加壓力使其變形和分離,從而獲得具有一定形狀、尺寸的零件的壓力加工方法。因為它主要用于加工板料零件所以也稱板料沖壓。金屬板料在沖壓力的作用下,其應力超過其強度極限而沿一定的輪廓線斷裂,稱為分離工序。分離工序又可分為落料、沖孔、切斷、切邊、剖切、切口和剪切等;

7、金屬板料在沖壓力的作用下,其應力超過其屈服強度極限但低于強度極限而產生塑性變形,從而獲得一定形狀和尺寸要求的制件,稱為變形工序,變形工序又可分為彎曲、拉延、翻邊、翻孔、脹形、擴孔、縮口和旋壓等。與其他加工方法相比，無論在技術方面，還是在經濟方面沖壓加工都具有許多獨特的優點：（1）能沖壓出其他加工工藝難以加工或無法加工的形狀復雜的制件；（2）由于沖壓加工是靠模具成形,模具制作精度高,使用壽命長,故沖壓件質量穩定,制件互換性好；（3）材料利用率高。一般為75%-85%,因此沖壓加工能實現少廢料，甚至無廢料生產。在某些情況下,邊角余料也可充分利用；（4）生產效率高且易于實現機械化與自動化生產。對于高

8、強度鋼，若配以合適的后繼熱處理方式，還可以使板料發揮其最佳的性能，為汽車提供高質量的零部件，從而不但降低了汽車保險杠的重量，還提高了其抗沖擊性能及疲勞性能，提高了汽車的安全性。2.2研究高強度鋼保險杠沖壓工藝的意義還未走遠的*和嚴重的環境危機導致當前汽車制造企業面臨慘烈的市場競爭，如何回應日益高漲的環保和安全呼聲將是汽車制造企業能否生存、發展的關鍵。采用高強度鋼板制造車身則是解決這些問題的有效手段。某進口車型高強度鋼保險杠采用的高強度鋼板強度達到800Mpa,為普通鋼板強度的2-3倍，并且降低了車身重量，還提高了汽車的安全性，以及相關聯的降低油耗，節約能源、減少汽車排放等。此外，高強度鋼板廢物

9、可以充分回收利用，有利于降低環境污染。車身重量的減輕，還有助于改善汽車的行駛、轉向、加速、制動等運動性能和排氣性能，同時，還為降低噪聲、振動、實現大功率創造條件。我國汽車工業己進入高速增長的發展階段，xx年汽車產量超過400萬輛，已成為世界汽車生產大國，xx年前，年均增長率為10%-15%。汽車輕量化和原料國產化、高性能化是中國汽車工業及相關工業努力的方向。而汽車保險杠結構較為復雜，作為一個獨立的總成安裝在汽車上，它對車輛的安全防護、造型效果、空氣動力性等有著較大*。保險桿作為汽車車身的一個重要部件，其作用有兩方面：一是當汽車與其他車輛或障礙物發生碰撞時，起保護翼子板、散熱器和燈具的作用；二是

10、起裝飾作用。由于保險桿具有這些功能，國內外=須加快促進汽車高強度鋼保險杠冷沖壓工藝的研究和發展。3汽車高強度鋼保險杠成形工藝研究現狀在汽車工業中，基于減重和環保的目的，高強度鋼板沖壓成形技術逐漸受到關注與重視，各大鋼鐵公司、汽車制造廠商以及國內外的部分大學紛紛開始了高強度鋼板的沖壓成形技術的研究。然而，基于技術保密的原因，各高強度沖壓部件供應商對于沖壓技術的研究文獻很少見，現僅對國內外開展高強度鋼板及其保險杠沖壓研究的現狀進行闡述。為減重和提高抗沖擊性能，法國USINO宓司開發出了系列高強度鋼板，其主要性能見下表；研究表明TRIP800（冷軋）具有良好的成形性能，實際成形性能接近DDQ勺水平，

11、但當TRIP鋼的強度超過800Mp寸，成形性能顯著下降。TRIP鋼能更多地吸收沖擊能，特別適用于碰撞罩，保險杠等抗沖擊類零件。國際上已研制出超輕鋼車身，在滿足xx年美國碰撞法規前提下，應用先進高強度可在不增加成本的條件下使車身質量減少20%。高強度鋼板等先進材料的廣泛應用使得回彈控制更加困難，而回彈量的預測精度是回彈控制的基礎。熱沖壓成形技術是解決高強度鋼板難成形問題和減少回彈的有效途徑。德國紐倫堡大學亦在進行德國研究基金DF狽目-淬火鋼板的熱沖壓成形原理研究。xx年進行了熱沖壓成形的基礎研究，通過實驗確定了22MnB5勺奧氏體化溫度和保溫時間。xx年采用Gleeble1500熱模擬試驗機，起

12、簡圖如圖1所示，對板料進行等溫拉伸以獲得熱沖壓工藝的時間-溫度參數所決定的22MnB5的流動性能，獲得了奧氏體狀態下材料軋制方向、溫度和應變速率對流動性能*。在此基礎上研究了拉伸錢冷卻速率對材料性能*。結果表明，材料的軋制方向對奧氏體狀態下的流動性能沒有影響，而溫度對流動應力*很大，增加溫度可減小流動應力和材料的加工硬化。此外，應變速率亦是影響材料流動應力的重要因素，增加應變速率會增加材料流動應力水平。拉伸前冷卻速率在一定程度上影響材料的力學性能。*大學某課題組xx年采用先進的數值模擬技術與調整沖壓工藝相結合的方法對汽車高強度鋼保險杠冷沖壓成形進行了優化設計。其采用板料成形數值模擬軟件Dyna

13、form對該型轎車的保險杠成形過程進行了模擬仿真，并通過實驗及實際生產與仿真結果的對比研究了工藝補充部分形狀變化及回彈補償對保險杠成形性能*，最終得到優化的型面設計，順利生產出制件，為同類相關高強度鋼零件的生產起到了指導作用。試驗表明鋼板的成形性能優于級的鋼板,成綜上所述，由于高強度鋼板沖壓成形具有成形難，回彈大等特點，故高強度鋼保險杠的成型工藝研究集中在以下幾個方面：強度級別不同的高強度鋼板的成形性能區別顯著。選擇合適的高強度鋼種對高強度鋼保險杠的成形至關重要。如適于制造保險杠等抗沖擊類零件的TRIP800（冷軋）具有良好的成形性能，但當TRIP鋼的強度超過800MP寸，成形性能顯著下降。術

14、熱成型技術可以克服高強度鋼成形困難，回彈大的缺陷。和普通鋼板相比，高強度鋼板在沖壓過程中不僅會造成較大的彎曲回彈和扭曲回彈，而且還會產生嚴重的側壁卷曲，這將嚴重影響沖壓件的形狀尺寸精度和整車裝配。熱沖壓成形技術是解決高強度鋼板難成形問題和減少回彈的有效途徑。熱沖壓是將沖壓板材在奧氏體溫度區加熱，在高溫下沖壓成形并使其在模具內進行馬氏體相變后，在保證高強度的前提下獲得需要的形狀。但熱成型技術會顯著增加成本采用數值模擬技術研究熱沖壓成形過程。分析各參數對部件性能*規律。隨著計算技術尤其是有限元理論和方法的不斷發展，描述宏觀尺度的塑性變形物理模型、數值計算方法日臻完善，數值模擬成為研究塑性變形過程的

15、有力手段。借助數值模擬技術可以對汽車高強度剛保險杠的成形過程進行模擬如果工藝補充面設計不合理，將會導致回彈較大，進而影響后工序的產品質量和尺寸精度。通過實驗及實際生產與仿真結果的對比研究了工藝補充部分形狀變化及回彈補償對保險杠成形性能*，最終得到優化的型面設計4 、高強度鋼保險杠成形工藝關鍵問題及解決方法國內可供參考的成功案例非常有限，如果采用國外熱成形技術又會顯著增加成本且效率低。只能在現有水平下采用先進的數值模擬技術與調整沖壓工藝相結合才能解決該問題。通過有限元分析軟件Dynaform對汽車高強度鋼保險杠冷沖壓成形過程進行模擬，發現回彈和破裂是其主要缺陷。可從以下幾個方面改善高強度鋼沖壓件

16、的成形質量：(1) 增大塑性變形量可以有效降低零件的破裂傾向和回彈。汽車后保險杠形狀如圖2所示，從側視圖中可見其曲率較大，且縱向截面呈U形，如果工藝補充面設計不合理，將會導致回彈較大，進而影響后工序的產品質量和尺寸精度。為保證制件質量，需在工藝設計時盡量增加零件的塑性變形，故先將工藝補充面設計成盒形。彎曲件產生破裂是因為A處和C處的產品型面圖2保險杠零件三維模型上分別有加強支耳，工藝補充面為盒形時，這兩處圓角過小，加±DP800材料的流動性較差，所以造成破裂。故只能根據零件型面將工藝補充面設計成類似U形件。但U形工藝補保險杠成形有限元模型充面的回彈較大，通過對比盒形和類似U形工藝補充

17、面的模擬結果就可看出塑性變形量較小的U形工藝補充面具回彈較大。(2) 模面補償法。根據回彈大小采用模面補償，增大壓邊力對對回彈角*法，將中間B處型面提升并重新構建模面，使其曲率半徑減小，從而減小實際生產零件與目標型面的距離。采用模面補償法雖然不能有效降低回彈數值但是可以使零件型面接近目標型面。但是當B處升高超過6mm時把實際生產的樣件安放在檢具上發現靠近A處的安裝面影響到模面補償法的效果。除了采取模面補償法外，還需在工藝補充時盡量增加其塑性變形，如減小凸模圓角，適當增加壓邊力，設置局部凸頂等。(3) 在凸模局部型面上設置凸頂。其原理是不改變模具閉合高度的情況下，減小凸頂部分的模具間隙，使凸模強

18、制擠壓材料，增加塑性變形。通過模擬發現設置凸頂后材料的塑性變形增加，回彈減小。通過改進上述方面，升高B處并重構型面，凸模型面上設置適當凸頂，合理設置壓邊力，板料外形根據型面展開落料而成的，工序采用“落料、沖定位孔拉延修邊、整形、沖孔”，經過實驗可得出滿意的結果。5 結束語作為汽車輕量化的重要途徑高強度鋼板沖壓成形技術正倍受世界各國學者的普遍關注。而高強度剛保險杠不僅減輕了車身重量，降低成本，還提高了碰撞安全性和抗疲勞性，其發展潛力巨大。但由于國外技術壟斷和國內制造水平的限制，因此以快速準確的計算機仿真技術和具有工程實用水平的優化技術為手段的系統地發展高強度鋼保險杠的成形工藝研究，對同類相關高強

19、度鋼零件的生產以及我國汽車業的發展具有十分重要的現實意義。：1 魯春艷汽車輕量化技術的發展現狀及其實施途徑J輕型汽車技術，xx(6)：2225.2 王利，楊雄飛，陸匠心汽車輕量化用高強度鋼板的發展J.鋼鐵，xx,41(9):18.3 彭穎紅金屬塑性成形仿真技術M上海：上海大學出版社19994 NaderiM，Saeed-AkbariA，BleckWThedffectsofnon isothermaldeformationonmartensitictransformationin22MnB5steelJMaterialsScienceandEngineering，xx：l l15 張旭，周杰高強度鋼保險杠成形工藝及回彈控制的數值模擬優化J，*大學學報xx(9)：104-056 王昶，何玉林，胡亞民，等轎車車身覆蓋件沖壓模具工藝補充面設計與應用J鍛壓技術，xx，31(5)：100-103.7王孝培.沖壓手冊M.2版.北京：機械工業出版社，2000.8林忠欽車身覆蓋件沖壓成形仿真