拼焊车门内板冲压成形性分析 - 副本

板料冲压回弹

2008年(第30卷)第10期

汽 车 工 程AutomotiveEngineering

2008(Vo.l30)No.10

2008204

拼焊车门内板冲压成形性分析

余海燕,高云凯,朱文峰

1

1

2

*

(1 同济大学汽车学院,上海 201804; 2 同济大学机械学院,上海 201804)

[摘要] 首先介绍了采用不等厚拼焊板的车门内板在冲压成形过程中出现的问题;接着对缺陷区域进行主应变测量和安全成形裕度预测。结果表明,车门内板出现破裂和起皱的主要原因是拉延筋阻力不足和厚、薄两侧板料的流动阻力不均。最后提出采取局部调整拉延筋阻力和压边力等措施来改善车门内板冲压成形性。

关键词:拼焊板;车门内板;冲压成形性;成形极限图

StampingFormabilityAnalysisforDoorInnerPanelsMadeofTailor weldedBlanks

YuHaiyan,GaoYunkai&ZhuWenfeng

1

1

2

1 CollegeofAutomotiveEngineering,TongjiUniversity,Shanghai 201804;2 CollegeofMechanicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai 201804

[Abstract] Firs,ttheproblemsoccurredintheformingprocessofdoorinnerpanelsmadeoftailor welded

blanks(TWB)withdifferentthicknessarepresented;Thentheprincipalstrainmeasurementandformingsafetymarginpredictionindefectregionsareconducted.Theresultsshowthatthemaincausesofthecrackingandwrink lingdefectsofdoorinnerpanelsareinsufficientdrawbeadresistanceandthediscrepancyinmaterialflowresistancebetweenthinandthicksidesofTWB.Finally,suggestionsaremadethatsomemeasuresshouldbetakensuchaslo caladjustmentindrawbeadresistanceandblankholdingforcetoimprovetheformabilityofdoorinnerpanels.

Keywords:tailor weldedblank;doorinnerpane;lstampingformability;forminglimitdiagram

作者首先对厚度为1 6mm/0 7mm的激光拼焊

车门内板在试冲过程中出现的成形问题进行了分析,对关注区域进行了主应变测量和安全成形裕度

轿车零部件采用拼焊板的优点是:(1)减少零件数量;(2)减轻构件质量;(3)为生产宽体车提供可能

[4]

[1-3]

前言

预测,并对提高该车门内板冲压成形性的工艺措施进行了讨论。

。

拼焊板存在的问题最主要的是冲压成形性能下降。研究表明,拼焊板的综合成形性能与母板的成

[5-10]

形性能有很大不同。与单一钢板相比,钢拼焊板的屈服强度和抗拉强度增加,硬化指数和延伸率减小,从而使冲压成形性能降低。拼焊板冲压成形缺陷具体表现为:(1)成形极限(焊缝附近)与单一板材相比最多可下降50%

[9-10]

[8]

1 成形缺陷分析

所用车门内板是毛坯采用厚度分别为1 6mm和0 7mm的钢板经激光

拼焊而成的拼焊板,焊缝位置如图1中箭头所示。

对于车门靠近车身B

图1 车门内板冲压件

,易出现破裂;(2)

。

在模具补充面上易出现起皱现象

[11-13]

*国家自然科学基金(50705067、50605048)、教育部博士点基金(20070247013)和同济大学青年优秀人才培养行动计划(2006KJ021)资助。

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柱一侧,由于需要考虑车门的下沉及铰链等结构的安装,此处刚度和强度要求较高,为此这一部分钢板厚度为1 6mm,其余部分采用了0 7mm的钢板,这样在保证车门内板必要的刚度和强度性能时又能减轻质量。

由于2块钢板的厚度差较大,该款车门内板在冲压试模过程中均出现了不同程度的破裂和起皱等缺陷。出现的主要成形缺陷如图2所示,缺陷在零件中位置分别如图1中A、B、C、D

所示。

为了进一步分析和评价车门内板的冲压成形

性,进行了应变测量和厚度测量。冲压成形前板料已印制圆网格,冲压成形后网格随着板料变形而发生畸变。应变测量采用工具显微镜,测量变形后网格长短轴直径,采用式(1)计算得表面主应变和表面次应变。

n(d1/d0) 100%1=l

n(d2/d0) 100%2=l

(1)

式中d0为基圆直径,d1、d2分别为变形后网格的长轴直径和短轴直径, 1为表面主应变, 2为表面次应变。

厚度测量采用超声波测厚仪,文中测量采用TD1型超声波测厚仪,其测量精度可达到0 001mm。

成形极限曲线(FLC)反映板料在发生塑性失稳前所能取得的最大变形程度,是安全成形裕度评价的主要依据。目前,单一板材简单路径下的成形极限图确定方法已经成熟,但拼焊板的成形极限理论预测和试验方法尚处于起步研究阶段,还缺少方便实用的方法

[11,14]

。研究表明,对普通深冲钢板,由

北美拉深组织提出的NADDRG模型计算的FLC与实验结果比较接近。为此,文中采用NADDRG模型来计算激光拼焊板的FLC

图2 车门内板在试制中出现的主要成形缺陷

[15]

。该模型定义在 2=0

(2)

处满足

21)10=(23 3+360t/25 4)(n/0

式中 10为FLC在纵坐标轴上的截距;t为板料厚度,mm;n为应变硬化指数。由此平面应变点(0, 10)向

左侧引一条与横轴负方向夹角为45 的直线,向右侧引一条与横轴正方向倾角为20 的直线,左右两侧曲线共同构成FLC。表1列出了待测车门内板的主要材料力学性能参数。

表1 车门内板主要材料性能参数

厚度/mm屈服强度/MPa抗拉强度/M延伸率/%

0 71 6

153165

290286

4345

n值0 240 23

r值2 592 14

按照车身坐标系,A区域位于门上边缘与后边缘的交汇处,而且拉深深度较大,此处材料处于纵向

受拉、径向受压的变形状态,而且拉伸变形大于压缩变形,变形所需材料流动不足的部分由板厚减薄来弥补,故此处易出现板厚过量减薄或破裂。B区域处破裂主要原因在于板厚差较大,板厚差带来材料变形的不均匀,在同样的变形力作用下薄侧板料变形较大,厚侧板料变形较小,这样焊缝就会向厚侧偏移,从而产生焊缝移动,当薄侧板料变形达到变形极限一定程度就产生了薄侧板料的破裂。C区域厚侧板料出现起皱是因为此处临近焊缝,局部又有凸台及拉深深度较大的侧壁等结构,这些促使此处处于拉 压的变形状态,易产生起皱趋势。D区域工艺补充面处出现起皱,原因是在压边圈压边和凸凹模合模过程中薄侧板料所受压边力偏小,而且此处拉深深度较小,材料流动阻力较小,导致过多材料流进凹模诱发起皱。

注:r为厚向异性系数

图3(a)和图3(b)分别为该车门内板薄侧(0 7mm)和厚侧(1 6mm)各关注区域的主应变在成形极限图(FLD)中的位置,其中图3(a)中只显示了A、B、D区的数值,图3(b)中显示了B、C、D区的数值,这是因为A区板厚为0 7mm,C区板厚为1 6mm,而B区和D区分布在焊缝两侧,故同时包含0 7mm和1 6mm的区域。

3(A2 安全成形裕度分析

板料冲压回弹

2008(Vo.l30)No.10余海燕,等:拼焊车门内板冲压成形性分析 925

这2个区域的起皱危险较大。

3 成形性改进建议

由前述成形性分析可得:焊缝两侧板料变形的不均匀性是该车门内板出现破裂和起皱的主要原因。调整材料局部流动阻力可协调材料变形的均匀性,从而最终改善拼焊板常出现的破裂和起皱问题。

可从以下几个方面考虑。

(1)图2(a)所示A区域的板厚减薄严重的问题,主要原因是由于此处拉深深度较大,板料流动阻力过大,因此减小流动阻力的方法均能改善此处的冲压成形性,如局部减小拉延筋的深度,加大拉延筋圆角半径,或增大脱模角度。

(2)图2(b)所示B区域焊缝薄侧板料破裂问题,根本原因是板厚差带来的焊缝两侧厚板变形小和薄板变形大,这种变形的不均匀性会带来焊缝向厚侧偏移,严重时就产生了薄侧板料开裂。要改善此处成形性需要控制促使材料不均匀变形的因素,如焊缝平行于拉伸方向、减小板厚差、让薄板尽可能多地分布于变形区、让焊缝远离变形量较大的部分

图3 车门内板成形极限图(FLD)

等。

(3)图2(c)和图2(d)所示C和D区域的微元体应力状态如图5所示, 1为冲压产生的拉深力, 2为材料挤压产生的切向压力, 3为板厚方向压边或模具接触产生的法向力。

由于板料厚度较小,根

图5 C区和D区的微

元体应力状态

点比较接近FLC的(0, 10)点,安全成形裕度约为5%;D区应变数据点已超过起皱趋势线,有起皱趋势。由图3(b)可知,C区有起皱趋势,且这3个关注区域的应变均很小,聚集在FLD的底部,这说明较强的厚板侧没有得到充分变形,变形集中到较弱的薄板侧,带来厚板侧和薄板侧变形的不均匀。图4为车门内板关注区域的厚度减薄率,共测了4

个试件。

据压杆失稳的基本原理可知,板料在切向极易发生失稳,从而产生起皱,如图2(d)所示法兰区和工艺补充面处均发生了起皱。要解决这个问题可采取2种方法:(1)局部增大法兰区拉延筋阻力,即增大 1的值,使 2挤压产生的多余材料向别处转移,可通过增加拉延筋深度或开设两条拉延筋的方法达到;(2)增大 3,抑制材料在板厚方向的堆积,从而减少起皱,这需要增大此处压边力。

图4 车门内板最大板厚减薄率

4 结论

(1)文中测量的车门内板安全成形裕度约为5%,最大厚度减薄率为32%;主要成形问题表现为,由图4可知,A区和B区减薄率较大,最大值达到32%,破裂的可能性较大,这与FLD图分析结果,,

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(2)建议通过以下措施改进该车门内板的冲压成形性:A区需要局部减小拉延筋的深度,加大拉延筋圆角半径;对B区尽可能使焊缝平行于拉伸方向、减小板厚差、让薄板尽可能多地分布于变形区、让焊缝远离变形量较大的部分;C区和D区可采用局部加大拉延筋阻力,局部增大压边力的方法减少起皱。

(3)拼焊板的成形极限相关理论和试验方法需要进一步研究。

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JournalofMaterialsProcess

(上接第917页)

图9为超级电容输出功率,可以看出高频部分由超级电容来承担,正功率表示超级电容提供能量,负功率表示超级电容吸收燃料电池或制动回馈能量,其输出功率图形和小波变换需求功率(图5(c)所示)一致,满足设计要求。

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eta.lManganeseType

3 结论

对小波变换理论应用于燃料电池混合动力系统

能量管理策略中进行了研究,并对该系统进行了结构设计、参数匹配和建模仿真。仿真结果表明:基于小波变换的多能源管理策略不仅可以很好地满足工况循环的功率需求,而且还可以按照功率需求的变化频率对燃料电池、超级电容和锂离子电池进行能量分配,从而避免了高频功率对燃料电池的冲击。

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1rc1.html