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轉發自：制造技術/工藝裝備 現代制造工程（Modern Manufacturing Engineering) 2013年第11期

作者：謝秉順1，朱健軍1，魯萬彪1，唐晶晶1，艾國平2，盧文壯2 （1南車南京浦鎮車輛有限公司工業化部，南京210031；2南京航空航天大學機電學院，南京210016）

在金屬薄板平面內的兩個主應變、 2聯合作用下，某一區域發生減薄時，可以獲得的最大應變量。成形極限圖分為安全區、臨界區、破裂區和褶皺區四個部分，是判斷薄板成形性最有效的一種方法[ 。34] 通過沖壓成形數值模擬得到的彎梁板材成形分布情況如圖4所示。

從圖4a中可以看出，總體上彎梁成形處于安全區內，彎梁能夠順利成形。圖4b所示反映出彎梁板材成形分布不均勻，彎梁的上圓弧曲面和下圓弧曲面部分區域都有褶皺趨勢，主要是由于彎梁板材在塑性變形過程中，會受到復雜的應力狀態的作用，板材處于徑向受拉、環向受壓的應力狀態，從而導致起皺趨勢。

在模具設計時可通過設置拉延筋等方法，將材料流動阻力引人起皺區，抵消部分壓應力的影響，從而消除起皺現象。

破裂區

a)成形極限(主應變82)圖

b)成形狀態區域分布圖

圖4彎梁板材成形分布情況

謝秉順，等：彎梁板材沖壓成形仿真分析及工藝改進 2013年第11期

2．2等效應力應變

彎梁沖壓成形過程中彎梁板材與模具相互作用，應力分布規律非常復雜，其中等效應力、應變是衡量板材是否拉裂的一個重要依據4，如果超過材料臨界值，在成形過程中板材有可能被破壞。

應用Dynaform 軟件仿真得到的彎梁板材成形等效應力分布圖和彎梁板材成形等效應變分布圖分別如圖5和圖6所示 從圖5和圖6中可以看出，等效應力、應變分布不均勻，等效應力最大值為632園MPa，等效應變最大值為 4，346 × 10 5，最小值為3，402 × 10一5等效應力與應變在分布規律上具有一致性，它們的最大值主要分布在壓延邊與側面筋板交界位置。該位置如果有直口，將會出現拉裂現象。采用工藝圓角可有效避免直口產生的應力集中，避免在壓延邊與側面筋板交界位置被拉裂

圖5彎梁板材成形等效應力分布圖

圖6彎梁板材成形等效應變分布圖

2．3成形厚度減薄率

彎梁板材成形過程中通過模具與板材相互作用使板材由彈性變形向塑性變形急劇轉變，金屬流動規律復雜，成形后的板厚出現了不均勻。厚度減薄率分布可為彎梁毛坯展開修正和模具約束方面的設計提供參考。

圖7所示為彎梁板材成形厚度減薄率分布，從圖7中可以看出，成形后板材厚度分布規律不規則，彎梁的側面筋板厚度變薄，最大減薄率為24．03％，最小減薄率為0，300 4％。彎梁上圓弧曲面和下部壓延邊等彎曲部位部分區域增厚，增厚率為2，336％，對上圓弧曲面和下部壓延邊部位進行充分約束，增大模具壓延力，可以防止在這些部位出現褶皺

圖7彎梁板材成形厚度減薄率分布

2，4模具與彎梁板材接觸力分析

彎梁板材沖壓成形過程中沖壓力的（即接觸力）大小是決定板材能否順利成形的關鍵因素。板材成形過程中模具與板材相互作用使板材發生大變形，需要沖壓機提供足夠的壓力。

凸模與彎梁板材接觸力分布圖和凹模與彎梁板材接觸力分布圖分別如圖8和圖9所示，從圖8和圖9中可以看出，彎梁板材成形過程中模具與板材接觸力曲線先是逐步增大，到一定階段時接觸力迅速增大，然后下降，最終在一定的接觸力范圍內波動，彎梁板材與凸模中間接觸力最大值為 235，24kN，彎梁板材與凸模兩邊接觸力最大值為

556．7kN，彎梁板材與凹模中間接觸力最大值為

40 17 kN，彎梁板材與凹模兩邊接觸力最大值為 298kN。當摩擦因數設定為0．10時，板材與凸模的接觸力最大值將由556．7kN降低為51 & 3kN，通過改變板材與模具之間的潤滑條件，可以降低接觸力。

板材與凸模兩 邊接觸力

圖8凸模與彎梁板材接觸力分布圖

板材與凹模中間接觸

板材與凹模兩邊接觸力

圖9 凹模與彎梁板材接觸力分布圖

2013年第11期 現代制造工程（Modern Manufactunng Engineenng)

3成形工藝改進

根據上述有限元數值模擬結果，對現有成形工藝進行了改進

1） 針對彎梁的彎曲面部分區域有褶皺趨勢的問題，新工藝增加上圓弧曲面和下圓弧曲面的模具壓延力，上圓弧曲面壓延力由原來的5kN增加到10kN，下圓弧曲面壓延力由原來的2kN增加到5kN0

2） 針對等效應力與應變最大值主要分布在壓延邊與側面筋板交界位置的問題，為避免應力集中造成的板材拉裂，新工藝在壓延邊與側面筋板交界位置采用半徑大于R6mm的工藝過渡圓角。

3） 根據摩擦因數的降低可以降低板料與模具之間接觸力的結論，新工藝對板料毛坯采用雙面預涂刷 20號機油潤滑措施，降低板材與模具之間的摩擦因數。

通過以上的工藝改進，05CuPCrNi高耐侯結構鋼彎梁成形質量大大提高，在模具使用壽命期限內產品不合格率由原來的5％降低到1％以下。圖10所示為工藝改進后沖壓成形的彎梁零件實物圖。

圖10工藝改進后沖壓成形的彎梁零件實物圖

（上接第75頁）

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4結語

本文利用有限元數值模擬對彎梁板材沖壓成形過程進行了仿真研究，得到了彎梁板材成形極限圖、厚度減薄率分布圖、應力及應變分布圖。根據有限元數值模擬結果對現有成形工藝進行了改進，新工藝大大降低了產品的不合格率。

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作者簡介：謝秉順，工程師。

通訊作者：盧文壯，教授，博士生導師。

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