汽车高强板零件冲压工艺及模具结构设计
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
보고계획
6
2014-03
一、概述 迈腾 70%
本田雅阁 340MPa以上 48%
马自达6睿翼 590~1480MPa 49%
보고계획
7
2014-03
一、概述
800MPa
270MPa
普通钢板 低碳钢 低强度IF钢
外覆盖件
高强钢板
C-Mn钢 部分DP钢
HSLA钢 BH钢
TRIP钢
骨架件
超高强钢板 高强度TRIP钢 CP钢 DP钢 马氏体钢 TWIP钢 车门防撞杆、保险杠和B柱
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。
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。
增大，特别是侧壁回弹随δ增
大而明显增大。 ● 凹模口跨度w
较大凹模口跨度w 使凸模 底非变形区面积增大，可能略 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。
t =1mm
0
-3.4
R/t =10
0
-3.6
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
厚向异性系数R00
增大。
보고계획
13
2014-03
二、汽车用高强板零件工艺设计
● 压边力对回弹的影响
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。
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
● 板料厚向异性系数r0°
弯曲线平行于轧制方向成形时， 弯曲切向抗拉能力弱、收缩能力强， 将降低高强板成形性能和成形极限。
在冲压深度与板宽比h0/b0=4.5、 R/t0=10的条件下， 有限元模拟结 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
回弹角/°
ω=π
2 /
-1
ω=0
A
1 ω=θ
-1
C
1 /
r=0
-2.0 -2.2
ω=π B
D 1
r=1 r=2 r=3 E
模拟值
ω=π/2
﹜
ω=π-θ
-2.4
2 / r / 1 r
ω=π/2+θ
-2.6
(r=1,2,3)
-2.8
-3.0
-3.2
b =10mm 0
回弹角/°
7
6
5
4
3
2
1
t0 =1mm
0
R/t0 =10
0
20
模拟值
40
60
压边力/KN
80
100
보고계획
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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，
减轻侧壁回弹。
보고계획
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2014-03
一、概述
보고계획
9
2014-03
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
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 的是要想办法解决回弹问题保证零件的形状和尺寸精度。
● 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=10mm
R=5mm
보고계획
15
R=15mm R=20mm R=10mm
2014-03
二、汽车用高强板零件工艺设计
● 凸、凹模间隙δ
凸、凹模间隙δ大，板面 拉变形不充分，导致卸载回弹
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%。
보고계획
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。
보고계획
10
2014-03
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）：
汽车高强板零件冲压工艺及模 具结构设计
보고계획
1
2014-03
보고계획
2
2014-03
보고계획
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
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。
美国高速公路安全协会 澳大利亚ANCAP
보고계획
4
2014-03
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。
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
보고계획
角度变化
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2014-03
二、汽车用高强板零件工艺设计
2、壁翘曲及内凹 ：侧壁（纵壁）部的平面，变成带有曲率面的现 象。如图所示：
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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一、概述 迈腾 70%
本田雅阁 340MPa以上 48%
马自达6睿翼 590~1480MPa 49%
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一、概述
800MPa
270MPa
普通钢板 低碳钢 低强度IF钢
外覆盖件
高强钢板
C-Mn钢 部分DP钢
HSLA钢 BH钢
TRIP钢
骨架件
超高强钢板 高强度TRIP钢 CP钢 DP钢 马氏体钢 TWIP钢 车门防撞杆、保险杠和B柱
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。
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。
增大，特别是侧壁回弹随δ增
大而明显增大。 ● 凹模口跨度w
较大凹模口跨度w 使凸模 底非变形区面积增大，可能略 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。
t =1mm
0
-3.4
R/t =10
0
-3.6
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
厚向异性系数R00
增大。
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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
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。
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
● 板料厚向异性系数r0°
弯曲线平行于轧制方向成形时， 弯曲切向抗拉能力弱、收缩能力强， 将降低高强板成形性能和成形极限。
在冲压深度与板宽比h0/b0=4.5、 R/t0=10的条件下， 有限元模拟结 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
回弹角/°
ω=π
2 /
-1
ω=0
A
1 ω=θ
-1
C
1 /
r=0
-2.0 -2.2
ω=π B
D 1
r=1 r=2 r=3 E
模拟值
ω=π/2
﹜
ω=π-θ
-2.4
2 / r / 1 r
ω=π/2+θ
-2.6
(r=1,2,3)
-2.8
-3.0
-3.2
b =10mm 0
回弹角/°
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t0 =1mm
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R/t0 =10
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模拟值
40
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压边力/KN
80
100
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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，
减轻侧壁回弹。
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一、概述
보고계획
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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
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 的是要想办法解决回弹问题保证零件的形状和尺寸精度。
● 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=10mm
R=5mm
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R=15mm R=20mm R=10mm
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二、汽车用高强板零件工艺设计
● 凸、凹模间隙δ
凸、凹模间隙δ大，板面 拉变形不充分，导致卸载回弹
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%。
보고계획
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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。
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2014-03
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）：
汽车高强板零件冲压工艺及模 具结构设计
보고계획
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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
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。
美国高速公路安全协会 澳大利亚ANCAP
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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。
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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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 ：侧壁（纵壁）部的平面，变成带有曲率面的现 象。如图所示：
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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