基于接触式淬火的车身板热冲压成形数值模拟

冉毅

摘 要：为满足汽车用结构件重量轻、强度高的要求，高强度钢板的热成形技术结合热锻造和冷冲压的工艺优势，已得到广泛的关注和应用。车身板减薄和高强使得在成形过程中容易开裂和产生过量回弹，影响车身装配及质量安全。本文对车身板冲压进行简易模具设计，三维模型建立后采用有限元软件Abaqus对车身板成形过程进行数值模拟分析，预测工件变形历程，分析结构合理性，避免冲压过量回弹。

关键词：热成形；冲压回弹；车身板；高强度钢

1 车身板热冲压成形简介

车身车体钣金中大部分零部件依靠冲压使之成形，其中热冲压成形是通过加热、冲压、保压淬火等工艺的成形。汽车为减轻车身重量降低油耗，迫使车身板减薄和采用高强度材料，板料进行热冲压成形后，需对工件进行淬火处理，板件成形过程中容易开裂和产生过量回弹，且车身冲压件的装配精度高，因此板件的结构设计至关重要。

2 几何模型的建立

车身板工件结构形状相对简单，有3段弯曲，有倒圆角，料厚为1.5mm，满足许用壁厚要求，板边缘有8mm的通孔。本文着重分析E板的热冲压成形。

本文应用PRO/E软件进行几何特征的建模，三维实体模型建好后，模拟冲压成形，对模具和冲压件的实体模型进行装配，干涉检查后导出STP格式文件为后续有限元分析作模型准备。

3 轿车车身板热成形数值模拟

在ABAQUS/Explicit显式动力学中创建压边和冲压两个分析步，分析步类型都定义为Dynamic，Temp-disp，Explicit。其中第1个分析步在模具上施加压边力，时间为0.001S，压边力必须适当，过大会拉裂，过低边壁或凸缘会起皱。第2个分析步在冲头端施加向下的位移，经计算时间为0.01 S。车身板材料为22MnB5硼钢板，设置凸、凹模和压边圈的材料均为Crl2MoV，弹性模量为210GPa。泊松比为0.3，密度7.8eCcm3，屈服强度761MPa，热膨胀系数为1.1×10-5m/℃，热传导系数为48W/（m·℃）。

设置完材料属性后，进行边界条件限定，凹模采用固定约束，凸模仅能Z方向移动（冲压分向），向下速度6000mm/s。凸模冲压面与板材之间、板材与凹模之间都采用摩擦系数0.1的接触对。

4 热成形分析

模具圆角半径对热成形零件回弹具有直接影响，圆角半径越小，板料在圆角处变形越大，塑性变形量增加，弹性变形减少，從而有利于减小回弹。但圆角半径的减小，会增大板料的变形力，使圆角处板料出现应力集中，不利于成形。通过Abaqus进行冲压分析后，如图4所示。

从上述看出保险杠冲压件没有出现结构破坏损伤。在底部圆角处应力略大于其他区域的应力值。圆角半径、保压时间等关键工艺参数对高强度钢板热成形零件回弹的影响，模具圆角半径对热成形零件回弹具有直接影响，圆角半径越小，板料在圆角处变形越大，塑性变形量增加，弹性变形减少，从而有利于减小回弹。但圆角半径的减小，会增大板料的变形力，使圆角处板料出现应力集中，不利于成形。

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