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汽車板件對(duì)剛度性能有著很高的要求，剛度的作用主要表現(xiàn)在影響板件的尺寸精度和強(qiáng)度上。若板件尺寸精度不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，板件裝配和焊接強(qiáng)度將會(huì)受到影響，而板件強(qiáng)度不足將直接影響汽車行駛的安全性和噪聲大小，因此一直以來對(duì)板件的剛度性能要求都很嚴(yán)格。 汽車板件的剛度性能可通過沖壓拉深工藝得到提高，由于各零件的形狀、成形工藝以及使用的材料類型不同，在拉深工序獲得理想剛度性能的難易程度也不同。解決板件剛度不足問題的傳統(tǒng)方法是不斷調(diào)整拉深工藝，甚至為滿足特定區(qū)域的剛度性能而讓其他區(qū)域變薄、起皺和變形等，這種方法在一定程度上滿足設(shè)計(jì)要求，但不能獲得合格零件的整體力學(xué)性能?；谶@種情況，對(duì)于板件剛度不足區(qū)域，在后工序成形出加強(qiáng)筋，然后通過整形整回其設(shè)計(jì)形狀。這種方法可以在不改變板件形狀的前提下，提高板件特定區(qū)域的塑性變形量，從而達(dá)到提高板件剛度的目的。
（a）修邊前
（b）修邊后
圖1 修邊工序示意圖 1.壓料芯 2.修邊刀塊 3.修邊前坯料 4.修邊下模體 5.修邊后坯料 6.廢料 為解決板件剛度不足的問題，首先在后工序剛度不足區(qū)域成形加強(qiáng)筋，然后通過整形整回其設(shè)計(jì)形狀。圖1為修邊工序示意圖，利用壓料芯成形出加強(qiáng)筋，使板件內(nèi)部應(yīng)力重新分布，增強(qiáng)板件的塑性變形量，從而提高板件剛度。
（a）整形前
（b）整形后
圖2 整形工序示意圖 1.整形刀塊 2.整形前坯料 3.整形下模體 4.整形后坯料 圖2為整形工序示意圖，利用整形刀塊將修邊工序成形的加強(qiáng)筋整平，恢復(fù)板件的設(shè)計(jì)形狀，不改變零件的原設(shè)計(jì)意圖。傳統(tǒng)上主要通過主觀評(píng)價(jià)板件剛度性能的好壞，具體方法是：手觸板件且施加一定作用力，若板件產(chǎn)生明顯變形，說明剛度不足；若板件沒有產(chǎn)生明顯變形，說明剛度性能好。這種主觀評(píng)價(jià)具有一定的局限性和偶然性，不同評(píng)價(jià)者施加作用力的大小不同，對(duì)板件變形的主觀感受也不同，因此不夠公正、客觀。隨著計(jì)算力學(xué)、有限元理論尤其是大變形彈塑性理論和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，以及金屬板材成形理論研究的不斷深入，使用計(jì)算機(jī)模擬沖壓成形過程成為可能。為解決汽車板件剛度不足問題，以某車型上的輪罩為例，在結(jié)合傳統(tǒng)判別方法的基礎(chǔ)上，采用Dynaform軟件模擬分析板件成形過程。
圖3 板件未成形加強(qiáng)筋的有限元分析結(jié)果
圖3為板件局部區(qū)域拉深、修邊后未成形加強(qiáng)筋的有限元分析結(jié)果，可以看到板件法蘭區(qū)域平均變薄率只有2.2%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般變薄率大于3%才認(rèn)為滿足剛度要求，因此板件法蘭區(qū)域剛度不足。
圖4為拉深、修邊后的板件實(shí)物，現(xiàn)場(chǎng)用手施加一定作用力在法蘭上時(shí)，法蘭變形明顯，甚至不能恢復(fù)原始形狀。圖4中標(biāo)注的數(shù)字表示板件與模具零件的間隙值，可明顯看到板件法蘭區(qū)域與模具零件間隙值不均勻，這是板件法蘭區(qū)域剛度不足造成的。
圖5 利用壓料芯成形出拉深筋的有限元分析結(jié)果
圖5為在修邊工序利用壓料芯成形出加強(qiáng)筋形狀后的有限元分析結(jié)果，由于板件法蘭區(qū)域的應(yīng)力重新分布，平均變薄率達(dá)5.3%。
圖6 成形出加強(qiáng)筋后的板件實(shí)物
圖6為成形出加強(qiáng)筋后的板件實(shí)物，用手施加一定作用力在法蘭上，法蘭未發(fā)生明顯變形。
圖7 整形后法蘭區(qū)域的有限元分析結(jié)果
圖7為整形后板件法蘭區(qū)域的有限元分析結(jié)果，平均變薄率依然保持在5.3%，滿足變薄率大于3%的剛度要求，等效塑性應(yīng)變比未成形加強(qiáng)筋時(shí)大很多，應(yīng)力分布較均勻。
圖8 最終成形的板件在檢具上的現(xiàn)場(chǎng)圖
圖8為最終成形的板件在檢具上的現(xiàn)場(chǎng)圖，用手施加一定作用力在法蘭上，板件不易變形，而且與檢具間隙均勻，驗(yàn)證了工藝設(shè)計(jì)的實(shí)用性。▍原文作者：朱取才，韓小后 ▍作者單位：富士瑞鵠技研（蕪湖）有限公司
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