高强度钢零件设计规范

1、基于高强度钢的零件设计规范（附录）湖南大学汽车车身设计与制造国家重点实验室2009.10检 索l 高强度钢零件的典型设计l 设计较好的高强度钢零件l 设计较差的高强度钢零件l 设计很差的高强度钢零件l 课题中高度钢零件的案例分析l 前边构件连接板内件l 发动机仓边梁后段l E101-5102222ll 发动机仓边梁后段前加强件l 前立柱上加强板l E101-2809112l E101-5401634l E101-5104412l E101-5301276l 前立柱内板高强度钢零件的典型设计Ø 设计较好的高强度钢零件设计1 板材：420MPa设计2 板材：420 MPa筋能更好地满足强

2、度要求设计3 板材：350 MPa对高强度钢来说开口设计比较好对高强度钢来说平滑过渡比较好设计4 板材：300MPa对高强度钢来说需修改圆角闭合端口要求拉延成形Ø 设计较差的高强度钢零件设计1 板材：300MPa对高强度钢来说需做平滑过渡的修改设计2 板材：300MPa对高强度钢来说需做平滑过渡的修改设计3 板材：300MPa伸长类法兰对高强度钢来说修改为缓和过渡压缩类法兰Ø 设计很差的高强度钢零件设计1零件同时具有伸长类和压缩类法兰，并且深度严重的不均匀，对高强度钢零件来说很难控制它的成形尺寸，分布在槽型相反边缘上的压应力和拉应力可诱发零件的扭曲。设计2变化较大的深度和压

3、缩类法兰伸长类法兰的同时存在将会引起零件空间上的失稳课题中高度钢零件的案例分析BAØ 前边构件连接板内件材料：B210P 板厚：1.5mm型面特征： A部位型面较紧凑，是潜在的拉延拉裂区； B部位需要翻孔对高强度钢是个挑战。设计估评：对于A型面可以采用多次拉延或成形等工艺成形；材料的扩孔率和零件的翻孔高度可能会制约B处的成形。在仿真中可以尝试多种成形工艺，最后实在不行只能换材料或修改零件型面。Ø 发动机仓边梁后段 材料：B280/440DP 板厚：2.0mm型面特征： 槽型； 存在反向的压缩类和伸长类法兰边； 深度差异较大； 侧壁扭曲。设计估评：零件的上述特征导致了成形后会

4、有较大的扭曲，对回弹的补偿工作带来难度，但足够小的凸模半径6mm却对侧壁回弹的控制有一定的作用；此外由于图中所示的型面反成形产生了微小的起皱，尝试添加工艺凹包后有所改善。Ø E101-5102222l材料：B440/780DP 板厚：1.5mm型面特征： 法兰边上有较多的筋状特征； 纵截面为类形。设计估评： 法兰边上的筋有效地抑制了法兰的卷曲回弹，但是若这些筋仅仅是为了加强零件刚度的话，应尽量使其分布均匀，以改善成型后残余应力的分布，减小扭曲回弹。 零件顶面的凹台也可以起到吸皱的作用，但在保证搭接精度的前提下，其位置和尺寸可以结合仿真得到优化；此外，若这些特征也仅仅是加强零件的刚度，

5、建议采用条形筋代替圆形凹台，因为条形筋能更好地增加刚度和抑制纵向的回弹，尤其对这种形的零件来说。Ø 发动机仓边梁后段前加强件材料：B400/780DP 板厚：1.6mm零件特征： 深度极其不均匀； 侧壁扭曲并存在特征。ABC设计估评：侧壁特征（图中A/B）明显增加了材料的流动阻力从而使顶部材料不足产生胀形的塑性拉裂和侧壁局部传力区的强度拉裂。所以不能再采用大小一致的凹模半径，应增加相应局部的凹模半径。另外，零件本身具有的凹包特征（图中C）改善了该部位潜在的起皱问题。Ø 前立柱上加强板材料：B340/590DP 板厚：1.2mm型面特征： 型面起伏较大； 图中所示部位较尖锐且

6、圆角为三角形圆角； A面区翻边成形。R4.8小A设计估评：材料会多次经过台阶拉延和反拉延，特别是圆角处的流动环境较差会导致塑性拉裂，至少减薄较明显，为了减小材料的流动阻力应加大棱边的圆角半径或修改为球形圆角。此外，说对于高强度钢零件来说，凸台侧壁的倾斜角度也要尽可能地大一些。Ø E101-2809112材料：B440/780DP 板厚：1.8mm型面特征：型面很规则较简单。 16.543.08设计估评：零件中部的凹槽有效地减小了整个零件的纵向回弹，凹槽上横向的筋加强了零件的刚度也有效地抑制了侧壁的横向回弹。但型面的特点依然诱发了较大的回弹（如图中所示）。即使这样，该设计还算是比较合理

7、的。针对这种情况，我们可以采用工艺上回弹补偿或整形的方法来保证该零件的尺寸精度和搭接精度。Ø E101-5401634材料：B280/440DP 板厚：1.8mm型面特征： 纵向尺寸有一定的高度差； 有一凸台特征。R 5侧壁拔模角不足5度R 666mm设计估评：相对较高的拉延深度（在没有工艺补充面的情况下，拉延深度已高达66mm），凸台侧壁的拔模角（不足5度）和圆角半径（范围在5-6mm之间）偏小，因为凸台部位在合模后期成型，材料的流动环境较差，存在相当比例的胀形成型，又由于高强度钢的拉延率较低，侧壁很容易产生塑性拉裂。基于此，需要对凸台进行局部修改：在保证装配和搭接精度的情况下，应

8、加大拔模角度和圆角，圆角的大小按经验值取6t-8t，从而改善材料的流动，消除拉裂现象。Ø E101-5104412材料：B280/440DP 板厚：1.6mm型面特征： 型面很不规则； 顶部宽度较大且有较多的筋状特征； 拉延深度较大，即使在基于最小拉延深度的冲压方向下也至少要90mm。总之，该零件针对高强度钢的设计显得很复杂。至少90mmAR11R4R5设计估评： A部位的特征很复杂且曲率变化也很剧烈，但圆角仅有8mm，导致材料的流动严重不足，所以该部位是潜在的拉裂区，建议做如图中所示的修改：用球形圆角代替三角形圆角，并增大其圆角半径。 与深冲钢相比高强度钢的拉延率较低，为了保证在如

9、此之大的拉延深度下材料能有良好的流动环境，降低零件的减薄，建议适当加大棱边的圆角半径。 分布不均匀的残余应力是引起零件扭曲的直接原因，为了减缓零件的扭曲，建议把底部的特征分布均匀一些且在保证底部刚度的情况下简化特征型面，从而诱导较为均匀的残余应力分布。 为了更好地成型这种两端深度差距较大的零件，必然要尽量选用最小拉延深度的冲压方向，但这会使零件的型面在正冲压方向上成形状，又由于下凹部位的最低点是在合模末期成型的，所以该部位是潜在的起皱区。基于这种情况，建议在最低点设计一凹台特征，达到吸皱的目的。Ø E101-5301276材料：B340/590DP 板厚：1.6mm搭接法兰Ø 前立柱内板材料：B170P1板厚：0.7mmA拉延筋边距25mm左右凹模半径8-16mm大部分在10mm之内A这是车身结构中很典型的零件，借此对于工艺补充面的设计进行简单的介绍：（1）确定是单拉件还是双拉件：该零件采用对拉件成形。（2）确定压料面的形状：尽量简化压料面的形状，最好使用平直压料面，若使用斜压料面时要控制倾斜角40-50度；压料面任一断面的长度应小于相应零件断面的长度；压料面要尽可能使拉延深度小且各部分的深度尽可能一致；零件有反成形时工艺补充面尽可能降低利于板料的流动，但这要根据实际情况而定，例如在该零件中部凸台的抬高反而有利于减少A处