本文采用Dynaform 軟件對邊梁內板成形過程進行了有限元模擬。研究了一模一件和一模兩件成形工藝對邊梁內板成形效果的差異和優(yōu)劣。從減薄率和起皺等成形缺陷的角度分析了沖壓方向、工藝補充、壓邊力等工藝條件對成形效果的影響趨勢。結果表明：合適的沖壓方向和凹模圓角半徑能夠改善邊梁內板成形效果，避免產生破裂；通過增大壓邊力或添加拉延筋能夠顯著降低起皺和成形不足程度；采用一模兩件成形工藝時，邊梁內板減薄率和起皺程度明顯較低，生產效率約為一模一件工藝的1.5 倍。
汽車覆蓋件是一種典型的拉延件，具有結構復雜、尺寸大、表面成形質量要求高等特點。工藝參數(shù)和模具設計等對拉延件的成形質量起到決定性作用。早期主要是通過試模來逐步修改模具結構和工藝參數(shù)，此過程完全依賴于設計人員的工作經驗，人為因素影響大，生產周期長、效率低。目前，往往是采用有限元模擬的方法來評估工藝方案的可行性，以獲得最優(yōu)的工藝方案。該方法大大提高了研發(fā)效率，縮短生產周期，降低生產成本。
本文基于Dynaform 有限元軟件，研究了B410LA冷軋鋼汽車邊梁內板成形工藝，分析了工藝參數(shù)、模具結構等對邊梁內板成形質量的影響規(guī)律。通過對比一模一件和一模兩件成形結果，分析了一模兩件在實際生產中的優(yōu)勢。根據(jù)成形缺陷，給出了相應的解決方法，并獲得了成形質量優(yōu)異的拉延件，對實際生產具有一定的指導意義。
模型建立
采用三維建模軟件對邊梁內板零件進行修補孔洞等處理，將處理好的邊梁內板拉延件模型導入Dynaform 有限元模擬軟件。邊梁內板材料為B410LA冷軋鋼，模型中采用Barlat's-3Parameter Plasticity參數(shù)模型，本構方程為：σ=943.9(0.0088+ε）0.152MPa，加載曲線如圖1 所示。
圖1 B410L 冷軋鋼加載曲線
結果與討論
一模一件成形
結果根據(jù)零件幾何圖形(圖2）可知，可選擇兩個沖壓方向進行拉延成形，分別用A 和B 表示。結合A和B 兩個沖壓方向后續(xù)將要建立的工藝補充面，能夠預測A 向兩端位置拉延深度較大，在該位置形成的工藝補充面曲率較大，易產生缺陷。
圖2 邊梁內板幾何圖形
圖3 為選用不同沖壓方向，壓邊力為20t 的成形極限圖。結果表明A 向邊梁內板出現(xiàn)破裂，雖然破裂位置為工藝補充面，但這也必將伴隨著附近邊梁內板減薄率較高。B 向(圖3b）邊梁內板成形結果明顯優(yōu)于A 向(圖3a）。但邊梁內板邊緣位置幾何結構復雜，具有尖角，出現(xiàn)了破裂。
圖3 一模一件工藝不同沖壓方向成形極限圖
考慮到上述問題，這里對邊梁內板進行邊界光順(圖4），并采用B 向進行拉延成形，結果如圖5 所示。根據(jù)圖5a 可知，邊梁內板成形結果有了較大改善，無破裂現(xiàn)象，邊梁內板表面存在少量成形不足和起皺趨勢。根據(jù)圖5b 可知拉延件整體最大減薄率約21.7%。
圖4 邊梁內板邊界光滑處理
圖5 B 向拉延成形結果
一模兩件成形結果
考慮到生產效率和經濟效益的問題，采用一模兩件成形工藝進行有限元模擬，邊梁內板預處理模型如圖6a、圖6b 所示。
圖6 邊梁內板一模兩件工藝預處理
研究不同凹模圓角半徑對拉延成形效果的影響。如圖7 所示，當凹模圓角半徑為10mm 時(圖7a），邊梁內板出現(xiàn)了破裂。當凹模圓角半徑增大到30mm時(圖7b），邊梁內板成形效果得到明顯改善，但邊梁內板表面存在拉延不充分。對于該缺陷的解決方法一般有增大壓邊力，添加拉延筋或增大摩擦。但由于在實際生產過程中摩擦系數(shù)不易控制，因此后續(xù)僅對壓邊力和拉延筋進行優(yōu)化調整。
圖7 不同凹模圓角半徑拉延成形極限圖
壓邊力的影響：采用100t 和300t 壓邊力進行有限元模擬，結果如圖8 和圖9 所示。當壓邊力為100t時，邊梁內板表面仍然存在少量拉延不充分。當壓邊力為300t 時，邊梁內板表面成形效果良好。根據(jù)圖9(b）可知，邊梁內板減薄率較高，且300t 壓邊力已遠超常規(guī)拉延載荷，對設備要求較高。因此后續(xù)將采用拉延筋的方式進行優(yōu)化模擬。
圖8 壓邊力為100t 拉延成形結果
圖9 壓邊力為300t 拉延成形結果
拉延筋的影響：在凹模表面建立拉延筋如圖10所示。采用拉延筋阻力分別為978.24×20%N/mm 和978.24×40%N/mm，壓邊力為20t，模擬結果如圖11和圖12 所示。當拉延筋阻力為978.24×20%N/mm時，邊梁內板表面仍然存在拉延不充分。當拉延筋阻力為978.24×40%N/mm時，邊梁內板表面成形良好，但減薄率較高。因此下面將通過多段拉延筋來進行有限元模擬。
圖10 拉延筋設置方式
圖11 拉延筋阻力為978.24×20%N/mm 時的成形極限圖
圖12 拉延筋阻力為978.24×40%N/mm 時的成形結果
拉延筋采用多段形式，將易產生拉延不充分的位置拉延筋阻力設置為978.24×40%N/mm，其他位置設置為978.24×20%N/mm，如圖13 所示。并采用30t 壓邊力進行有限元模擬，結果如圖14 所示。邊梁內板表面成形效果良好，無起皺，拉延不充分等缺陷，且減薄率較低，最大約為13.3%，明顯優(yōu)于一模一件成形。
圖13 拉延筋優(yōu)化設置方式
圖14 優(yōu)化后的模型仿真結果
一模兩件與一模一件工藝對比
一模兩件等效拉延深度小于一模一件，拉延成形質量較好；一模兩件日產量約為一模一件的1.5 倍，顯著提高了生產效率。一模兩件工藝降低了沖床的使用頻率，減少了沖次費用，降低生產成本；采用一模兩件工藝時，增大了對設備噸位的要求，因此需要結合設備噸位來優(yōu)化生產工藝。根據(jù)有限元模擬結果可知，一模兩件工藝成形載荷明顯高于一模一件，如圖15 所示。
圖15 拉延成形加載載荷-壓邊力30t
結論
⑴沖壓方向的不同主要會影響到邊緣圓弧曲率，大的圓弧曲率易導致板料拉裂。
⑵對于邊梁內板邊緣具有尖角等復雜形狀的位置，需要對其進行光順，以獲得成形質量良好的邊梁內板。
⑶相對于一模一件，一模兩件形式生產的拉延件等效拉延深度較小，拉延件整體減薄率下降，最大減薄率約為13.3%。通過建立合適的拉延筋及相匹配的壓邊力能夠獲得成形質量優(yōu)異的拉延件。
⑷一模兩件工藝的日產量約為一模一件的1.5倍，顯著提高了生產效率。
