基于Autoform的DP800高强钢汽车零件回弹影响因素研究

陈新力　张军　詹华　俞祖俊　田志俊　肖洋洋

摘 要：回弹现象直接影响汽车先进高强钢零件的尺寸精度和装备质量，掌握影响先进高强钢冲压成形回弹的主要因素及影响规律是回弹控制的关键。利用Autoform有限元软件，以马钢汽车板HC420/780DP材料的实际性能参数作为输入条件，开展典型汽车门槛零件成形过程全工序回弹模拟。研究材料参数、零件造型以及生产工艺等方面各种因素的变化对回弹影响，总结DP钢汽车零件回弹主要影响因素的影响规律和影响重要程度，为DP钢汽车零件回弹预测、工艺设计和模具制造提供指导。

关键词：先进高强钢；冷冲压成形；回弹分析；Autoform

随着汽车轻量化的发展，先进高强钢的应用成为了汽车轻量化的重要途径之一。然而这些先进高强钢材料在推广应用过程中普遍出现回弹量大的技术难题，目前针对800MPa级以上先进高强钢还没有有效的回弹预测和控制手段，导致模具开发调试过程整改次数多、周期超长、成本过高，实际生产不稳定的风险问题。在车身开发前期的选材阶段，需把握先进高强钢回弹主要影响因素的主次顺序，采取合理的选材思路，从而有效降低先进高强钢应用过程中回弹带来的风险。

在汽车用先进高强钢中，DP系列是目前应用最广并具体代表性的钢种。选择一个典型汽车高强钢门槛零件模型，利用Autoform有限元软件对DP钢在各种不同条件下零件回弹量的对比，确定主要的回弹影响因素。然后在相同条件下，分析各大主要因素在变化范围内引起的回弹量变化，总结多个主要因素对回弹的影响规律。

利用数值模拟技术确定DP钢回弹的主要影响因素并总结影响规律，有利于提高对汽车零件冲压件成形后的回弹前期预测准确性，从而在零件工艺设计和模具制造时做相应的回弹处理，对降低高强钢零件制造成本、保障整车装配质量、缩短新车型开发周期有着重要意义。

1 建立分析模型

1.1 零件选择

选择800MPa级别以上典型零件门槛加强板，并进行简化成如图1所示分析模型，其截面形状如图2所示。Autoform软件采用壳单元进行模拟计算。

1.2 回弹测量条件

为了较准确在相同条件下比较各参数变化引起的回弹量变化，更接近实际检具测量形式，数值模拟分析回弹过程中，在零件两个定位孔处增加两定位销，并增加四个加持点。并在零件中间截面处，选取左侧法兰端点A和側壁底部端点B两个点进行回弹量对比统计，如图3。

1.3 材料模型

分析采用1.4mm马钢材料HC420/780DP，其参数如表1所示。Autoform材料设置时采用Ludwik硬化曲线类型、Hill屈服准则和Arcelor V9 FLC模型。

2 回弹主要影响因素分析

影响高强钢回弹的因素较多，从零件产品设计的造型参数，生产过程的工艺方案、设备条件到使用材料力学性能，整个过程各个环节中的每个细节都会影响最终的零件回弹量。经过对各种因素变化的分析对比，归纳目前汽车高强钢零件设计开发整个阶段影响回弹的因素中，工艺设计因素主要是成形方式和压边力；材料参数主要是屈服强度、抗拉强度和杨氏模量；产品设计因素主要为产品料厚、产品R角大小和产品R角夹角大小。

2.1 成形方式对回弹的影响

汽车结构安全零件冷冲压主要以拉延成形的工艺方案为主，对于典型的门槛件还有一种常用的两次折弯成形工艺，两种最常用的工艺方案对比如表2所示。

通过Autoform按两种方案进行全工序分析后，A、B两个检查点的回弹量如表3所示，回弹量差平均约为2.66mm。折弯成形方案最终回弹量明细小于拉延成形方案。

2.2 压边力对回弹的影响

按拉延方案压边力分别设置为200T、250T和300T分析后，A和B两个检查点的回弹量如图4所示。压边力上下波动20%情况下回弹值差值平均约为0.59mm，压边力越大回弹量约小。

2.3 杨氏模量对回弹的影响

在拉延方案下杨氏模量分别设置为200GPa、210GPa和220GPa分析后，A和B两个检查点的回弹量如图5所示。杨氏模量上下波动10GPa引起的回弹值差值平均约为0.37mm，杨氏模量越大回弹量约小。

2.4 屈服强度对回弹的影响

拉延方案模型下屈服强度分别设置为455MGPa、475MGPa和495 MPa分析后，A和B两个检查点的回弹量如图6所示。该材料屈服强度上下波动20MPa引起回弹值差值平均约为0.08mm，屈服强度越小回弹量约小。

2.5 抗拉强度对回弹的影响

拉延方案模型下抗拉强度分别设置为783MGPa 、803MGPa和823 MPa分析后， A和B两个检查点的回弹量如图7所示。该材料下抗拉强度上下波动20MPa引起回弹值差值平均约为0.29mm，抗拉强度越小回弹量约小。

2.6 材料厚度对回弹的影响

拉延方案模型下零件料厚分别设置为1.2mm、1.4mmT和1.6mm分析后，A和B两个检查点的回弹量如图8所示。料厚上下波动0.2mm情况下回弹值差值约为1.09mm，料厚越大回弹量约小。

2.7 零件弯曲R角大小对回弹的影响

零件弯曲R角大小如右图9所示设计为R5和R7，现将所有R角的值减小2mm 和增加2mm两种情况与原R角不变情况下回弹值进行对比。

R-2mm（R值为R3和R5）、R（R值为R5和R7）以及R+2mm（R值为R7和R9）三种状态下A、B点处回弹模拟分析的结果如图10所示。R角大小的变化2mm引起回弹值差值平均约为1.826mm，弯曲R角越小回弹量约小。

2.8 零件弯曲夹角大小对回弹的影响

如图11所示零件弯曲夹角大小设计为100°和105°，现将所有R角的值减小5° 和增加5°两种情况与原R角不变情况下回弹值进行对比。

θ-5°（θ值为95°和100°）、θ（θ值为100°和105°）以及θ+ 5°（θ值为105°和110°）三种状态下A、B点处回弹模拟分析的结果如图12所示。θ大小的变化50引起回弹值差值平均约为1.693mm，弯曲夹角越小回弹量约小。

2.9 总结

以上章节通过CAE仿真手段对不同条件下各因素的变化引起回弹量的变化情况进行仿真分析，汇总对比所有结果如图13所示。

从图13中可以看出，成形方式引起的回弹量最大，其次依次是弯曲R角大小、弯曲夹角大小和材料厚度；材料参数如杨氏模量、抗拉强度和屈服强度引起回弹量很小。由此可见工艺方案因素和产品设计因素所引起的回弹量比材料因素引起的回弹量大得多。

3 结语

通过以上门槛零件的冷冲压成形仿真分析研究，得出以下结论：

（1）基于Autoform对DP800材料门槛零件在多种回弹影响因素波动情况下的成形过程进行模拟分析，通过回弹结果的对比，找出了影响DP高强钢冷成形回弹的主要因素并按主次顺序排列为成形方式、弯曲R角大小、弯曲夹角大小、材料厚度、压边力、杨氏模量、抗拉强度和屈服强度。

（2）在新车型设计开发前期针对车身零件选择应用高强钢材料时，应先把握该零件的工艺方案，然后再考虑零件造型的优化方案，最后关注各材料供应材料参数波动范围是否影响零件的尺寸精度，从而最大程度上避免新型高强钢材料应用带来的回弹风险。

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