劉先蘭，張文玉，伍杰，楊輝，晏恒煊

（湖南工學(xué)院機(jī)械學(xué)院，湖南衡陽421002）

基于ABAQUS的板料沖壓回彈模擬研究

劉先蘭，張文玉，伍杰，楊輝，晏恒煊

（湖南工學(xué)院機(jī)械學(xué)院，湖南衡陽421002）

采用ABAQUS有限元分析軟件，建立強(qiáng)度比值為1.0、0.8和0.5的幾種拼焊板進(jìn)行數(shù)值模擬，分析沖壓成形回彈角的變化規(guī)律。結(jié)果表明：板材屈服強(qiáng)度為100MPa、強(qiáng)度比為0.5時(shí)，回彈角最小為2.0°。板材強(qiáng)度一定時(shí)，回彈角隨著強(qiáng)度比的增加而增加。強(qiáng)度比值一定時(shí)，回彈角隨著板材屈服強(qiáng)度的增加而線性增加。

沖壓成形；回彈；數(shù)值模擬；強(qiáng)度比；拼焊板

拼焊板沖壓成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)了零件的高度復(fù)合化，成為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑之一[1]。在強(qiáng)化車身局部強(qiáng)度、剛度的同時(shí)，降低了汽車的生產(chǎn)成本，應(yīng)用前景非常廣闊[2，3]。然而，拼焊板的使用提高了沖壓成形技術(shù)的難度，如沖壓成形過程中的回彈、破裂和起皺等缺陷[5]。本文通過采用ABAQUS有限元分析軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，建立強(qiáng)度比值不同的幾種拼焊板模型，分析其成形性能的影響因素，找出沖壓變形規(guī)律，為生產(chǎn)實(shí)踐提供指導(dǎo)。

1 沖壓過程三維實(shí)體建模

沖壓模擬過程如圖1所示。以強(qiáng)度分別為300MPa、200MPa和100MPa的板料，建立拼焊板三維模型的強(qiáng)度比值分別為1.0、0.8和0.5，楊氏模量100000MPa，泊松比0.3，摩擦系數(shù)0.05。

圖1 沖壓成形模擬過程

圖1a表示沖壓成形結(jié)束時(shí)沖頭還未離開板材時(shí)的狀態(tài)，對應(yīng)板材的彎曲角度如圖2a所示，即回彈前的角度；圖1b表示沖壓成形結(jié)束后沖頭離開板材時(shí)的狀態(tài)，對應(yīng)板材的彎曲角度如圖2b所示，即回彈后的角度。

圖2 回彈前后彎曲角度

2 結(jié)果和討論

按照上述的模擬方法，對屈服強(qiáng)度分別為300MPa、200MPa和100MPa的板材，與強(qiáng)度比分別為1.0、0.8和0.5的板材進(jìn)行拼焊并對其進(jìn)行沖壓模擬分析，測試其回彈前后的角度及其角度差值如表1所示。根據(jù)其變化規(guī)律，繪制其變化曲線如圖3所示。

由表1和圖3可以看出，當(dāng)強(qiáng)度比一定時(shí)，拼焊板的沖壓回彈角隨著基材強(qiáng)度的增加而線性增加。當(dāng)強(qiáng)度比為1時(shí)，隨著基材強(qiáng)度由300MPa降低至100MPa，拼焊板的沖壓回彈角由10.3°降低到3.4°；當(dāng)強(qiáng)度比為0.5時(shí)，隨著基材強(qiáng)度由300MPa降低至100MPa，拼焊板的沖壓回彈角由5.8°降低到2.0°。說明強(qiáng)度比一定時(shí)，基材強(qiáng)度越小，回彈角就越小。當(dāng)基材屈服強(qiáng)度為300MPa時(shí)，隨著強(qiáng)度比值由1降低到0.5時(shí)，拼焊板的沖壓回彈角由10.3°降低到5.8°，當(dāng)基材屈服強(qiáng)度為100MPa時(shí)，隨著強(qiáng)度比值由1降低到0.5時(shí)，拼焊板的沖壓回彈角由3.4°降低到2.0°。說明基材屈服強(qiáng)度一定時(shí)，隨著強(qiáng)度比的降低，即兩拼焊板強(qiáng)度差越大，回彈角也隨之降低。

由于拼焊板兩側(cè)的材料強(qiáng)度不同，屈服強(qiáng)度小的一側(cè)，產(chǎn)生塑性變形所需要的強(qiáng)度低，即較小的應(yīng)力作用下產(chǎn)生較大的變形。在同等強(qiáng)度條件下變形時(shí)，拼焊板兩側(cè)材料的變形不一致，屈服強(qiáng)度低的材料容易變形，隨著拼焊板強(qiáng)度差值的增加，應(yīng)變增大，不容易產(chǎn)生回彈現(xiàn)象。因此，當(dāng)強(qiáng)度比值相同時(shí)，回彈隨著屈服強(qiáng)度的增加而增大，當(dāng)基材強(qiáng)度一定時(shí)，回彈隨著強(qiáng)度比值差異的增加而減小。

表1 不同強(qiáng)度比的沖壓成形回彈角

圖3 強(qiáng)度比不同的回彈角的變化規(guī)律

3 結(jié)論

通過采用ABAQUS有限元分析軟件，模擬分析了基材強(qiáng)度分別為300MPa、200MPa和100MPa的板料，強(qiáng)度比值分別為1.0、0.8和0.5的幾種拼焊板在沖壓成形過程中的回彈現(xiàn)象。當(dāng)強(qiáng)度比值相同時(shí)，隨著基材屈服強(qiáng)度的增加，回彈角增大。當(dāng)強(qiáng)度比值由1變化到0.5時(shí)，基材強(qiáng)度相同的板材的回彈角隨之減小。強(qiáng)度越低，強(qiáng)度比值差異越大，回彈角越小。

[1]李淑慧，林忠欽，倪軍，等.拼焊板在車身覆蓋件沖壓成型中的研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2002，38（2）：1-7.

[2]李艷華，林建平.汽車車身激光拼焊板國內(nèi)外研究進(jìn)展[J].汽車工程，2014，（6）：763-767.

[3]宋燕利，華林.車身覆蓋件拼焊板沖壓成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國機(jī)械工程，2011，（1）：111-118.

[4]熊保玉.基于CAE技術(shù)的汽車前門窗框加強(qiáng)板拉延成形研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2016，51（2）：84-87.

[5]高超，顏江，李其剛，等.拼焊板盒形件的成形性能與焊縫移動的研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，45（4）：55-58.

[6]段永川，官英平.激光拼焊板焊接工藝及焊后的力學(xué)性能[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2014，（3）：67-72.

[7]胡宏勛，肖華.拼焊板沖壓回彈的數(shù)值模擬研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2007，42（3）：84-86.

[8]伍杰，張蓉，李理，等.拼焊板沖壓成形失效的研究進(jìn)展[J].熱加工工藝，2014，43（23）：28-30.

[9]龔小濤.凸模圓角半徑對板料沖壓連接質(zhì)量的影響規(guī)律研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2015，50（2）：71-73.

[10]葉玉剛，薛勇，段江年.板料成形回彈模擬及補(bǔ)償技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2009，44（3）：18-22.

Simulation study on stamping spring back of plate on the basis of ABAQUS

LIU Xianlan,ZHANG Wenyu,WU Jie,YANG Hui,YAN Hengxuan
（Department of Mechanical Engineering,Hunan Institute of Technology,Hengyang 421002,Hunan China）

The numerical simulation has been conducted to tailor welded plate with different intensity ratio of 1.0, 0.8 and 0.5 by use of ABAQUS 6.10 finite element analysis software.The changing rule of stamping spring back angle has been analyzed.The results show that the minimum spring back angle is 2.0°on the conditions of the yield strength of 100 MPa and the intensity ratio of 0.5.The spring back angle increases with the increase of strength ratio when the intensity of plate is fixed,while the spring back angle increases linearly with the increase of plate yield strength when the intensity ratio is fixed.

Stamping;Spring back;Intensity ratio;Simulation

TG386

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.05.024

1672-0121（2016）05-0083-02

2016-06-24；

2016-08-12

湖南省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（HS15016）；湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃資助項(xiàng)目（20145411814）；湖南工學(xué)院博士科研啟動項(xiàng)目（HQ13001）

劉先蘭（1966-），女，博士，教授，從事材料加工工程和金屬材料等研究。E-mail：407251701@qq.com