汽车高强板零件冲压工艺及模具结构设计-1.

二、汽车用高强板零件工艺设计 产品名称：加强梁 材料ＤＰ６００ 料厚1.2
的是要想办法解决回弹问题保证零件的形状和尺寸精度。
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二、汽车用高强板零件工艺设计 （二）、3
高强钢板在满足尺寸公差方面，与薄钢板的冲压成形和其他加工方法 （机械加工、锻造）有很大不同，这是由于在冲压加工时所产生应力分布 的弹塑性变形对制件尺寸影响很大。因此，工艺方案、成形方法、成形条 件，对冲压成形时的尺寸精度影响非常大。经常看到的典型的尺寸精度问 题有以下几种： 1、回弹（角度变化）： 夹着弯曲棱线的二个面的 夹角角度和模具型面角度 不相同的现象。如图所示： 弯曲棱线
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20 30 40 50
二、汽车用高强板零件工艺设计
2、回弹（角度变化）产生的机理：
简单压弯梁类零件产生回弹的机理 ：压弯类零件基本都是几何形状比较简 单的零件，他们在实际生产中所产生的 缺陷基本都是角度变化缺陷，角度变化 产生的原理，图示出的是在简单U字形弯 曲成形时，在R部的角度变化例子。从图 中可以看见，在弯曲成形中，在弯曲圆 角外部，材料由于伸长而产生拉伸的应 力，而在弯曲圆角内部，材料由于压缩 ，又产生了压缩的应力。但是在零件脱 模后，由于存在弹性变形和板厚内外应 力释放，即发生了力矩，从而产生角度 变化。
汽车高强板梁类零件冲压工艺及模具结构设计
一汽模具制造有限公司
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张云山 2014.03.23
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一、概述
二、汽车用高强钢板梁类零件工艺设计
（一）、高强钢板和普通低碳钢板性能比较 （二）、高强板梁类零件冲压尺寸精度问题的分类 （三）、高强板梁类零件影响冲压尺寸精度问题因素及 发生机理 （四）、工艺方案设计 三、模具结构设计和调试 （一）模具结构设计
高强度钢板车身是兼顾安全（Safety）与环保（Saving）的最佳 解决方案。因此，高强度/超高强度钢板及其成形性能的深入研究， 已成为支撑发展新型节能汽车、车身自主设计的核心问题。目前对其 冲压变形机理、回弹控制与预测、模具设计及其热处理等方面，国内 都进行分了深入和广泛的研究。
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减轻侧壁回弹。 ● 凹模圆角半径rd对回弹的影响 减小rd可增强侧壁刚度并减小
回弹，但在较大压料力情况下拉弯，有时可能导致法兰负回弹。
R=15mm R=20mm R=10mm
R=15mm R=10mm R=5mm
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二、汽车用高强板零件工艺设计
●
凸、凹模间隙δ
16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 1.0 1.2
微增大卸载回弹，但对于有底 凹模或带顶出器弯曲时，w 的
大小对卸载回弹影响不明显。
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1 w 25 2 1 w 20 2 1 w 15 2 1 w 10 2
凹模跨度对回弹的影响
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二、汽车用高强板零件工艺设计 ● 拉弯深度h 与拉深变形不同，由于没有 周向压缩，拉弯深度h 越大，侧 直边中弹性变形积累越多，卸载 后产生的回弹也相对增大了。 过大h 拉弯，不仅侧直边刚 度不足导致其本身弹性回复，而 且降低了法兰直边与凸模底部的 平行度。这种情况下，可考虑适 当加大压料力以增强侧直边成形 刚度。
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角度变化
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二、汽车用高强板零件工艺设计 2、壁翘曲及内凹 象。如图所示： ：侧壁（纵壁）部的平面，变成带有曲率面的现
3、扭转 ：与纵向轴垂直的二个断面发生回转的现象。如图所示：
扭转
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二、汽车用高强板零件工艺设计 （三）、高强板梁类零件影响冲压尺寸精度问题因素及发生机理 1、高强板U形拉弯和回弹CAE分析
2 / r / 1 r
ω=π/2+θ (r=1,2,3)
在冲压深度与板宽比h0/b0=4.5、
-2.8 -3.0 -3.2 -3.4 -3.6 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 b0=10mm t0=1mm R/t0=10
R/t0=10的条件下， 有限元模拟结
一、概述
超高强钢板 高强度TRIP钢 800MPa 高强钢板 HSLA钢 C-Mn钢 普通钢板 270MPa 低碳钢 部分DP钢 BH钢 TRIP钢 CP钢
DP钢 马氏体钢 TWIP钢 车门防撞杆、保险杠和B柱
骨架件
低强度IF钢
外覆盖件
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一、概述
Βιβλιοθήκη Baidu
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一、概述
迈腾
70%
本田雅阁 340MPa以上 48%
车型 FIAT 500 Opel corsa Mercedes Cclass Ford Mondeo Volvo V70 Audi A5
7
高强钢比例 65% 68% 70% 60% 69% 68%
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马自达6睿翼 590~1480MPa 49% 보고계획
侧边 回弹角 法 兰回弹角
凸、凹模间隙δ大，板面
拉变形不充分，导致卸载回弹 增大，特别是侧壁回弹随δ增
回弹角/°
t0=1 R=5
凹 凸模间隙/mm
1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0
大而明显增大。
●
凹模口跨度w 较大凹模口跨度w 使凸模
凹凸模间隙对回弹的影响
底非变形区面积增大，可能略
果r0°越大，宽向变形大、厚向变
形小，切向变形不充分使卸载回弹 增大。
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厚向异性系数R00
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二、汽车用高强板零件工艺设计
●
压边力对回弹的影响
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自由弯曲时，弯曲切向变形 不充分，卸载回弹较大。利用压 料力拉弯成形时，可增大切向拉 变形量，减小或消除板厚弹变形 区域，减小卸载回弹。DP600高 强板V形件拉弯的有限元模拟结 果显示，随压料力增大，卸载回 弹明显减小。
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压弯成形时的应力状态
零件脱模后的应力状态
二、汽车用高强板零件工艺设计 1）、模具形状和产品形状对回弹的影响： 如图所示：这是一个简单U 型件压弯示意图 Rp:凸模圆角半径。Rd：凹模圆角半径。C：凸模与凹模间隙。 ①、凸模圆角半径的影响 凸模圆角半径越小角度变化越小，当凸模圆角半径为零时，其角度 变化为零。凸模圆角半径越大其角度变化就越大。变形机理是弯曲半径 小时，其圆角处的塑性变形量大，所以促进了加工硬化。反之弯曲半径 大时，由于塑性变形量小，而使加工硬化变少。 ②、凹模圆角半的影响 在U形件弯曲过程中， 当凹模圆角半径变大时，弯 曲支点间距离大，在初期成 形过程中形成的弯曲范围扩 大，这个被弯曲的范围，随 着成形的进展，被弯曲回复 보고계획
2 /
0 ω=
A
π ω=
●
板料厚向异性系数r0° 弯曲线平行于轧制方向成形时，
-1
-1
1 C D 1 ω=π-θ
ω=θ
1 /
弯曲切向抗拉能力弱、收缩能力强，
-2.0
ω= π
B
r=0 r=1 r=2 E
r=3
-2.2
模拟值
2 π/ ω=
将降低高强板成形性能和成形极限。
回弹角/°
﹜
-2.4 -2.6
b)、材料厚度的影响
板料厚度越厚，角度变化越小小。这是由于增加了板厚，从而 提高了零件件的刚性。
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二、汽车用高强板零件工艺设计 2)、回弹（角度变化）控制措施 ①、回弹补偿 ②、在产品许可的条件下，尽可 能的减小凸模圆角半径Rp ③、减小压弯凹模圆角半径Rd ④、合理的凸凹模间隙
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3 2014-03
一、概述
安全性成为汽车最重要 的评价指标，很多国家 都拥有自己的车身碰撞 安全检测机构。
中国新车评价规程
日本JNCAP 欧洲NCAP碰撞标准
美国高速公路安全协会 国际上广泛采用高强度钢板 提高了车体的抗凹陷性、耐 久强度和大变形冲击强度安 全性。
性能比较 低碳钢板 高强钢板 屈服强度 （ σ s /MPa ） <250
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5 2014-03
一、概述
2012年国内汽车产销1900万辆，预测2013年国内汽车产销将达到1960万 辆。 07年国内汽车车身高强板应用为14%-17%左右，超高强板应用为0， NCAP碰撞安全系数多为3星。国外车身高强板应用为50%以上，超高强 板应用为6%-7% ， NCAP碰撞安全系数为5星。
3°-6°
⑤、增大压料板压力
⑥、产品侧壁增加加强筋
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二、汽车用高强板零件工艺设计 ⑦、二次弯曲
一次压弯
二次压弯
零件脱模后
压料板 压料板 压弯凸模
压弯凹模
第1次弯曲R部
压弯凸模 一次压弯 向纵壁移动 第1次弯曲R部 向纵壁移动 二次压弯
1次的弯曲 1次的弯曲
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二、汽车用高强板零件工艺设计
（一）、高强钢板和普通低碳钢板性能比较
屈服强度 （ σs /MPa ） 低碳钢板 高强钢板 <250 可达400以上 抗拉强度 （ σb /MPa ） <400 可达900以上 硬化指数 （n） 0.2-0.26 0.10-0.18 各项异性指 数（r） 1.0-1.8 0.9-1.2
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二、汽车用高强板零件工艺设计
⑤、材料对角度变化的影响 a)、材料强度的影响 U形件在弯曲加工过程中抗拉强度σb和屈服强度σs的影响。经 过对实际生产调试跟踪调查显示，随着抗拉强度和屈服强度的增加 ，角度的变化（回弹）就越大，这是由于随着抗拉强度和屈服强度 的增加，板厚表里应力的弯曲力矩也呈线性增加的缘故。
（二）模具调试
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2 2014-03
一、概述 汽车自诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。汽车的性能和外 观发生了翻天覆地的变化。当今的车身部件大多采用钢板冷冲压成形，对 其尺寸偏差、表面质量和刚性的要求极为严格。车身作为汽车的重要组成 部分其质量占汽车总质量的30%-40%，占整车成本的20%以上。
由上表可以看出，高强钢板的σs和σb比低碳钢板高得多，而n值和r
值却比较低，因此高强钢板的成形性能比低碳钢板差，成形极限比低碳
钢板小。高强钢板虽与低碳钢板一样具有破裂和起皱问题，但由于σs和 σb高，n值和r值低，影响贴模性的几何面缺陷和定形性问题更为突出。
因此要保证高强钢板的冲压质量，不仅要避免破裂和起皱问题，更重要
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压料板
凸模
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二、汽车用高强板零件工艺设计 ，而出现弹出因素，因此，凹模圆角半径Rd越大，则角度变化越大。 ③、凸模与凹模之间的间隙的影响 在U型件弯曲过程中，凸模和凹具的间隙增加时，在成形的最终过程， 由于材料和冲模形状不服帖，所以角度变化变大。模具的磨损，使凸模和 凹模的间隙发生实质性的增加，因此必然产生角度变大。所以定期修整凸 模和凹模间隙。是保证冲压件质量稳定必要手段。 ④、产品零件形状的影响 U型件形弯曲过程中，弯曲角度越大， 压料板 凹模 凹模 角度变化增大。这是由于通过减小材料向 凸模圆角处的卷绕角度，从而造成回弹发 生区域增大，以及加大弯曲支点间距离， 在凸模圆角近旁发生材料震动缘故。成形 凸模 高度H越高，由材料振动引起的弹出也就越 图 60 大。如图所示
回弹角/°
6 5 4 3 2 1 0 0 t0 =1mm R/t0 =10 20 40 60
模拟值
80
100
压边力/KN
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14 2014-03
二、汽车用高强板零件工艺设计 ● 凹模底圆角半径rda对回弹的影响 凹模底角半径rda大，U形件底
部变形程度减弱，侧直边的回弹明显增大；减小rda可增强镦死效果，
보고계획 可达400以上
澳大利亚ANCAP
抗拉强度 （ σ b /MPa ） <400 可达900以上
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硬化指数 （n ） 0.2-0.26 0.10-0.18
各项异性指数 （r ） 1.0-1.8 0.9-1.2
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一、概述 减轻汽车自重是节约能源和提高燃料经济性的最基本途径之一。 研究显示，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%至8%；汽车 每减少100kg，百公里油耗可降低0.3至0.6升，二氧化碳排放量可减 少约5g/km。 汽车的轻量化不仅可以减小汽车的滚动阻力、加速阻力和爬坡阻 力降低燃油消耗，而且也有利于改善汽车的转向加速、制动等多方面 的性能，同时还可以降低噪声振动污染。 降低汽车重量的方法有很多种。 采用高强度钢板车身，在等强度设计 条件下可以减少板厚及重量。钢板厚 度分别减小0.05mm、0.1mm和0.15mm时， 车身分别减重6%、12%和18%。