CN113552003A - 一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，所述方法包括如下步骤：结合零件成形过程，对零件变形基元进行判定；变形基元极限应变测试；根据实际零件冲压变形情况得到实际零件边部变形极限。本申请提供的高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，通过对零件变形基元进行判定及测试，然后根据实际零件冲压变形情况获得变形极限，从而使零件的加工不会超过其变形极限，避免高强钢板冲压零件容易边裂，提高零件成品率。

Description

一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法
技术领域
本发明涉及金属塑性加工技术领域，尤其涉及一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法。
背景技术
随着汽车轻量化需求的不断提升，超高强钢在汽车零部件中的应用越来越多，目前日本先进汽车主机厂已开始采用1000MPa级别及以上强度双相冷轧汽车板冲压B柱等复杂零件，强度的提高带来塑性的下降，冲压后的质量问题，尤其冲压边裂问题，越来越凸显。由于边部开裂影响因素多，断裂机理复杂，因此目前仍未有一种准确的、便捷的冲压边裂预测方法，导致前期设计预判不足，造成实际冲压批量边裂情况。
发明内容
本申请提供一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，解决了现有技术中高强钢板冲压零件容易边裂的技术问题。
本申请提供一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，零件边部变形过程分为拉伸变形、弯曲变形及拉伸弯曲复合变形三种变形基元，结合零件成形过程，对零件变形基元进行判定；
步骤2，变形基元极限应变测试，通过平头扩孔试验模具获取拉伸变形基元极限应变εllim，V弯试验模具获取弯曲变形基元极限应变εwlim，锥头扩孔试验模具获取拉伸弯曲复合变形基元极限应变εlwlim；
步骤3，根据实际零件冲压变形情况得到实际零件边部变形极限，给与不同变形加权系数，通过公式εelim＝α*(a*εllim+b*εwlim+c*εlwlim)得到实际零件成形边部变形极限εelim，其中α为边部性能衰减系数，a为拉伸变形极限应变加权系数，b为弯曲变形极限应变加权系数，c为拉伸弯曲变形极限应变加权系数，a+b+c＝1。
在一些实施例中，在步骤1中，实际零件所属变形基元为三种变形基元的至少一种。
在一些实施例中，在步骤2中，所述平头扩孔及锥头扩孔试验试样为100*100mm的高强钢板，且钢板中心冲制有一个10mm的圆孔，所述V弯试验试样为30*100的矩形试样。
在一些实施例中，在步骤2中，所述V弯试验凸模与凹模之间通过导柱来保证合模精度。
在一些实施例中，在步骤2中，锥头扩孔试验，凸模锥度为60度，平头扩孔试验，凸模直径为50mm。
在一些实施例中，在步骤2中，在平头扩孔试验、V弯试验和锥头扩孔试验时，试样毛刺方向均在凹模一侧。
在一些实施例中，在步骤2中，折弯极限应变采用有限元仿真分析获取。
在一些实施例中，在步骤3中，实际零件不包括的变形基元，则对应的加权系数为0。
本申请有益效果如下：
本申请提供的高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，通过对零件变形基元进行判定及测试，然后根据实际零件冲压变形情况获得变形极限，从而使零件的加工不会超过其变形极限，避免高强钢板冲压零件容易边裂，提高零件成品率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中平头扩孔模具侧面剖视图；
图2a为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中平头扩孔试验前试样侧面结构示意图；
图2b为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中平头扩孔试验后试样侧面结构示意图；
图2c为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中平头扩孔试验后试样开裂状态侧面结构示意图；
图3为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中锥形扩孔模具侧面剖视图；
图4a为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中锥头扩孔试验前试样侧面结构示意图；
图4b为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中锥头扩孔试验后试样侧面结构示意图；
图4c为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中锥头扩孔试验后试样开裂状态侧面结构示意图；
图5为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中V形扩孔模具侧面剖视图；
图6a为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中V形扩孔试验前试样侧面结构示意图；
图6b为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中V形扩孔试验后试样侧面结构示意图；
图6c为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中V形扩孔试验后试样开裂状态侧面结构示意图；
图7a为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中冲压零件弯曲仿真图；
图7b为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中冲压零件应变量示意图；
图8a为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中冲压零件翻边前结构示意图；
图8b为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中冲压零件翻边后结构示意图；
图9为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中拉伸基元变形及拉伸弯曲复合变形基元测试结果示意图；
图10为本申请提供的一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法中有限元仿真计算冲压零件开裂风险处应变大小示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，解决了现有技术中高强钢板冲压零件容易边裂的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
如图1-8所示，本申请提供一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，零件边部变形过程分为拉伸变形、弯曲变形及拉伸弯曲复合变形三种变形基元，结合零件成形过程，对零件变形基元进行判定；
步骤2，变形基元极限应变测试，通过平头扩孔试验模具获取拉伸变形基元极限应变εllim，V弯试验模具获取弯曲变形基元极限应变εwlim，锥头扩孔试验模具获取拉伸弯曲复合变形基元极限应变εlwlim；
步骤3，根据实际零件冲压变形情况得到实际零件边部变形极限，给与不同变形加权系数，通过公式εelim＝α*(a*εllim+b*εwlim+c*εlwlim)得到实际零件成形边部变形极限εelim，其中α为边部性能衰减系数，a为拉伸变形极限应变加权系数，b为弯曲变形极限应变加权系数，c为拉伸弯曲变形极限应变加权系数，a+b+c＝1。
通过对零件变形基元进行判定及测试，然后根据实际零件冲压变形情况获得变形极限，从而使零件的加工不会超过其变形极限，避免高强钢板冲压零件容易边裂，提高零件成品率。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
具体地，根据零件成形过程可知，该区域成形主要为翻边成形且存在一定程度弯曲变形，但弯曲曲率较大，成形过程囊括了拉伸及拉伸弯曲复合变形，因此对于可选取拉伸变形基元与拉伸弯曲复合变形基元的极限应变来进行该零件冲压边部成形极限预测。
作为优选的，实际零件所属变形基元为三种变形基元的至少一种；实际零件不包括的变形基元，则对应的加权系数为0；
如无拉伸变形基元，则εelim＝α*(b*εwlim+c*εlwlim)；
如无弯曲变形基元，则εelim＝α*(a*εllim+c*εlwlim)；
如无拉伸弯曲变形基元，则εelim＝α*(a*εllim+b*εwlim)。使极限预测更精准。
作为优选的，平头扩孔及锥头扩孔试验试样为100*100mm的高强钢板，且钢板中心冲制有一个10mm的圆孔；所述V弯试验试样为30*100的矩形试样。
进一步地，如表1所示，为冲孔、落料间隙厚度对应情况表，零件冲压材料为1.4mm厚DP590+Z，根据一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，选取同批次该材料采用剪板机制备拉伸基元及拉伸弯曲复合基元极限应变测试试验试样，包100*100试样6个，由于该区域变形无单纯弯曲变形，因此不进行V弯试验，冲孔单边间隙为0.15mm。
试样厚度(mm) 冲孔、落料单边间隙(mm)
0.8≤t＜1.2 0.1
1.2≤t＜1.5 0.15
1.5≤t＜1.9 0.2
1.9≤t＜2.3 0.25
2.3≤t＜2.7 0.3
2.7≤t＜3.1 0.35
3.1≤t＜3.6 0.4
3.6≤t＜4.0 0.45
4.0≤t＜4.4 0.5
4.4≤t＜4.8 0.55
4.8≤t＜5.2 0.6
5.2≤t＜5.7 0.65
5.7≤t＜6.0 0.7
表1
如图2a、2b、2c所示，进行平头扩孔试验，在试验机上安装凸模基座、平头扩孔凸模、扩孔凹模及压边圈，并将测试试样置于压边圈与扩孔凹模之间，启动试验机，平头扩孔凸模向上运动，配合扩孔凹模，直到试样中心孔边部开裂，完成试样平头扩孔试验，并根据(Dh-D0)/D0得到材料边部拉伸成形极限应变。
如图4a、4b、4c所示，切换平头凸模为锥头凸模，锥头凸模向上运动，配合扩孔凹模，直到试样中心孔边部开裂，完成试样锥头扩孔试验，并根据(Dh-D0)/D0得到材料边部拉伸弯曲复合变形成形极限应变。
如图5、6a、6b、6c所示，所示，在步骤2中，所述V弯试验凸模与凹模之间通过导柱来保证合模精度。
锥头扩孔试验，凸模锥度为60度，平头扩孔试验，凸模直径为50mm。
在平头扩孔试验、V弯试验和锥头扩孔试验时，试样毛刺方向均在凹模一侧。
折弯极限应变采用有限元仿真分析获取。
如图9所示，根据试验结果，拉伸弯曲复合变形基元及拉伸变形基元的极限应变分别为0.365与0.347。
如表2所示，为边部拉伸弯曲复合变形垂直板面曲率与加权系数对应关系表，根据实际零件冲压变形情况，分别给与变形基元极限应变不同变形加权系数，通过公式εelim＝α*(a*εllim+b*εwlim+c*εlwlim)得到实际零件边部变形极限。根据分析可知，该翻边过程开裂风险区无纯弯曲特征，因此c＝0，又因为翻边过程中拉伸弯曲复合程度较低，局部曲率小于0.0001mm^-1，边部拉伸弯曲复合变形垂直板面曲率与加权系数对应关系，该处拉伸弯曲复合变形极应变加权系数取0.1，则拉伸变形极限应变加权系数为0.9，因此该处等效极限应变εelim＝α*(0.1*0.365+0.9*0.347)，另一方面考虑到该零件冲压过程中局部毛刺过大，将引起50％的边部成形性能衰减，而预变形将引起15％的边部成形性能衰减因此最终的边部等效极限应变εelim＝0.5*0.85*(0.1*0.365+0.9*0.347)＝0.1482，也即在有毛刺的情况下该零件冲压后边部应变达到0.1482则有开裂风险。
Figure BDA0003118682290000071
Figure BDA0003118682290000081
表2
如图9、10所示，为验证本方法的准确性，基于专业仿真有限元分析软件，AUTOFORM对该零件的成形过程进行了仿真模拟，基于实际冲压工艺，建立有限元仿真模型，经计算可得翻边开裂风险处成形后的极限应变大小为0.147，该结果与预测的0.1482相比，误差仅为0.8％，精度较高。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，零件边部变形过程分为拉伸变形、弯曲变形及拉伸弯曲复合变形三种变形基元，结合零件成形过程，对零件变形基元进行判定；
步骤2，变形基元极限应变测试，通过平头扩孔试验模具获取拉伸变形基元极限应变εllim，V弯试验模具获取弯曲变形基元极限应变εwlim，锥头扩孔试验模具获取拉伸弯曲复合变形基元极限应变εlwlim；
步骤3，根据实际零件冲压变形情况得到实际零件边部变形极限，给与不同变形加权系数，通过公式εelim＝α*(a*εllim+b*εwlim+c*εlwlim)得到实际零件成形边部变形极限εelim，其中α为边部性能衰减系数，a为拉伸变形极限应变加权系数，b为弯曲变形极限应变加权系数，c为拉伸弯曲变形极限应变加权系数，a+b+c＝1。
2.如权利要求1所述的高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，其特征在于，在步骤1中，实际零件所属变形基元为三种变形基元的至少一种。
3.如权利要求1所述的高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，其特征在于，在步骤2中，所述平头扩孔及锥头扩孔试验试样为100*100mm的高强钢板，且钢板中心冲制有一个10mm的圆孔，所述V弯试验试样为30*100的矩形试样。
4.如权利要求1所述的高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，其特征在于，在步骤2中，所述V弯试验凸模与凹模之间通过导柱来保证合模精度。
5.如权利要求1所述的高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，其特征在于，在步骤2中，锥头扩孔试验，凸模锥度为60度，平头扩孔试验，凸模直径为50mm。
6.如权利要求1所述的高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，其特征在于，在步骤2中，在平头扩孔试验、V弯试验和锥头扩孔试验时，试样毛刺方向均在凹模一侧。
7.如权利要求1所述的高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，其特征在于，在步骤2中，折弯极限应变采用有限元仿真分析获取。
8.如权利要求1所述的高强钢板冲压零件边部成形极限预测方法，其特征在于，在步骤3中，实际零件不包括的变形基元，则对应的加权系数为0。
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