高强钢板冲压成形的回弹规律与工艺参数研究

1、第18卷第6期2010年12月材料科学与工艺MATERIALSSCIENCETECHNOLOGYVol.18No.62010Dec，高强钢板冲压成形的回弹规律与工艺参数研究刘1222伟，刘红生，邢忠文，曹克利(1哈尔滨工业大学科学技术研究院，E-mail:liuwhiteducn;哈尔滨150001，2哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨150001)摘要:高强钢板冲压成形的回弹问题在很大程度上制约了其深入应用，合理的工艺是减少回弹的关键和有效途径之一建立了曲面扁壳件冲压成形的有限元模型，基于正交试验法研究了工艺参数，包括压边力、摩板厚以及拉深筋的布置方式对回弹的影响规律，采用普通钢板和高强钢板

2、分别进行了冲压成形实擦系数、验，并与数值模拟结果进行对比结果表明，高强钢板冲压成形的回弹较大，但通过合理的压边力和拉深筋布置方式可以实现高强钢板冲压成形回弹的有效控制关键词:高强钢;回弹;工艺参数;正交试验设计中图分类号:TG115.28文献标志码:A文章编号:10050299(2010)06075804StudyonprocessparametersandspringbackruleforstampingofhighstrengthsteelsheetLIUWei1，LIUHong-sheng2，XINGZhong-wen2，CAOKe-li2(1ResearchAcademyofScien

3、ceandTechnology，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China，E-mail:liuwhiteducn;2SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract:Asaseriousproblem，springbackhasrestrictedtheindustryapplicationofhighstrengthsteelsheettoalargeextentHowever，suitable

4、processparametersareverycrucialtoreducespringbackToobtainthesuitableprocessparameters，afiniteelementmodelforstampingofacurvesurfaceshellpartwassetup，andthemethodoforthogonalexperimentaldesignwasemployedtoinvestigatetheeffectofprocessparameters，in-cludingblankholderforce，frictioncoefficient，blankthic

5、knessandthearrangementofdrawbeads，onthespringbackBothtraditionalsteelandhighstrengthsteelwereusedinexperimenttoverifythesimulationre-sults，whichshowedthatthespringbackofhighstrengthsteelwaslargerthanthatoftraditionalsteel，howev-er，andthespringbackcouldbecontroledbytheselectionofreasonalblankholderfo

6、rceandthearrangementofdrawbeadsKeywords:highstrengthsteel;springback;processparameters;orthogonalexperimentaldesign回弹是板料成形中的3种主要缺陷之一，直接影响冲压件的形状、尺寸精度和表面质量特别是近年来高强度钢板在汽车车身制造中的广泛应用，使得回弹问题尤为突出表现为屈服强度提高引发塑性下降、成形性变差，容易诱发面畸变，增加形状不稳定性高强钢冲压成形中的回弹控制收稿日期:20091015基金项目:国家自然科学基金资助项目(50905041);黑龙江省青年科学基金资助项目(QC07C

7、07)作者简介:刘伟(1977)，男，博士，讲师;邢忠文(1955)，男，教授，博士生导师是学术研究和工业生产中共同关注的热点问14题58，针对回弹控制已经提出很多方法如变压边力技术、热冲压技术、模具补偿等，可以有效改善回弹但由于工艺工装复杂、实施难度大而没有得到普遍应用减少使用复杂的工艺，对工艺参数进行科学有效地优化控制是一条更佳的选911择回弹主要受压边力、摩擦条件、拉深筋布置方式等工艺因素的影响，而各因素的影响效果却不第6期刘伟，等:高强钢板冲压成形的回弹规律与工艺参数研究·759·尽相同因此，对比各影响因素对回弹的影响，进而有针对性地控制主要工艺参数对解决回弹意义更

8、大为此，本文采用正交试验方法研究主要工艺参数对回弹的影响效果，为控制回弹提供理论依据380mm×280mm的宝钢产普通钢板B170P1和高强度钢板DP600，其力学性能如表1所示1有限元分析以曲面扁壳件作为研究对象，并采用板料成形数值模拟软件DYNAFORM进行成形和回弹过程模拟，图1为曲面扁壳件的有限元模型及成形件为了准确模拟回弹，网格划分时采用了比较细密的网格单元以及自适应网格技术;考虑到材料各向异性对回弹的影响，材料模型选用3参数Barlat材料模型;为了保证回弹的模拟精度，成形过程采用动力显式算法，同时采用较小的虚拟凸模速度100mm/s，对卸载过程采用静力隐式算法其他参数为

9、:模具采用刚体材料模型，模具间隙1mm，摩擦系数为0.125板料采用尺寸为表1牌号B170P1DP600E/GPa207206s/MPa194.23820K/MPa639.83109900图1n0.2310.179R01.7741.026有限元模型及成形件R451.9160.893R902.4001.211材料力学参数2正交试验研究工艺参数分析采用有限元模拟代替物理实力)对冲压卸载回弹的影响比较显著对于因子3)，2，计算值Fx2=3.829F0.90(3，所以因子2(摩擦系数)对冲压卸载回弹影响不显著同理，Fx3F0.90(3，3)，因此，因子3(板料厚度)对冲压卸载回弹没有显著影响对于因子4

10、，Fx4F0.90(3，3)，所以拉深筋布置方式对冲压卸载回弹有非常显著的影响从贡献率计算结果来看，各因子的影响效果排序为1423表2123456789101112131415161A1A1A1A2A2A2A2A3A3A3A3A4A4A4A验，从而计算得出各组工艺参数组合下的曲面扁壳回弹前后曲率变化值(K)同时，采用正交试验方法对各工艺参数进行科学组合，其优点是组，合的试验矩阵“均匀整齐”且试验次数很少，见表2，各工艺参数的水平如下A2=40kN，压边力(因子1):A1=20kN，A3=80kN，A4=120kN摩擦系数(因2):B1=0.08，B2=0.10，B3=0.125，B4=0.15

11、板料厚度(因子3):C1=0.7mm，C2=0.8mm，C3=1.0mm，C4=1.2mm拉深筋布置方式(因子4):模拟采用了等效拉深筋，等效阻力为60N/mm，并采用4种布置方式(D1D4)，如图2所示由方差分析可知(见表3)，对于因子1，计算3)，值Fx1=7.87F0.90(3，认为因子1(压边正交试验方案表1B2B3B4B1B2B3B4B1B2B3B4B1B2B3B1C2C3C4C2C1C4C3C3C4C1C2C4C3C2C1D2D3D4D3D4D1D2D4D3D2D1D2D1D4D图2拉深筋布置方式·760·材料科学与工艺第18卷从图3给出的回弹前后曲率变化与各工

12、艺参数之间的关系可以看到，随着压边力、摩擦系数以及板厚的增加，回弹都相应的减少这是由于增加了曲面扁壳的拉应力变形区，使内外表面的应力状态趋向一致，所以回弹减小此外，对比几种拉深筋布置方式可以看出，拉深筋可以有效地控制回弹，且与拉深筋的布置方式有很大关系，其中，第3种布置方式对控制回弹效果最明显第1、2、4三种布置方式主要原因是在小曲率一侧拉深深度较浅，板料变形不充分，回弹比较大;而第3种布置方表3方差来源1234误差总和平方和0.9680.4710.2930.8620.1222.616自由度3333315式是在3个方向上加大了进料阻力，使板料变形更加充分，因此，有效控制了回弹3实验研究由实验设

13、计分析可知，压边力和拉深筋的布置方式对回弹影响比较显著，为了更好地与模拟结果对比，按照正交试验表，在图4所示的压力机和模具上对曲面扁壳件进行成形实验，图5所示为不同压边力下的一组试验件图6和图7表明实验数据和模拟数据比较吻合方差分析表F值7.8703.8292.3827.008显著性*贡献率/%32.313.36.528.2均方和0.3230.1570.0980.2870.041图3工艺参数对回弹的影响4结论基于正交试验设计的回弹工艺参数分析表明压边力和拉深筋布置方式是影响高强钢回弹的主要因素，而摩擦系数和板厚对回弹的影响相对不明显随着压边力、摩擦系数和板厚的增加，回弹减小拉深筋可以有效控制回

14、弹，合理的拉深筋布置图4成形实验用压力机和模具方式有利于提高拉深变形及变形的均匀性冲压成形实验验证了工艺参数对回弹的影响效果，而且与第6期刘伟，等:高强钢板冲压成形的回弹规律与工艺参数研究·761·模拟结果一致高强钢板和普通钢板实验对比表明，高强钢板的回弹明显高于普通钢板的回弹，但通过优化工艺参数能够有效地控制图5冲压成形试验件图6压边力对回弹影响图7拉深筋布置方式对回弹的影响参考文献:1罗云华，王磊高强钢板冲压回弹影响因素研究J锻压技术，2009，34(1):23262石磊，肖华，陈军，等先进高强度钢板弯曲类回弹特性的试验研究J材料科学与工艺，2009，17(5):672

15、6793刁可山，蒋浩民，曹猛，等基于CAE的DP600高强钢零件回弹特征分析及控制J2010，35(5):47514郭玉琴，姜虹，王小椿覆盖件冲压加工中回弹预测的研究J机床与液压，2005，3:54555单体坤，李淑惠，陈关龙变压边力下高强度钢板的回弹研究J塑性工程学报，2005，12(6):56596SUNCZ，CHENGL，LINZQ，etalImprovementoftheformabilityofboxdeepdrawingusingvariableblankholderforcesJJournalofShanghaiJiaotongUniversi-ty，2003，37(12):18

16、8318867LIUHS，LIUW，BAOJ，etalNumericalandexperi-mentalinvestigationintohotformingofultrahighstrengthsteelsheetJJournalofMaterialsEngineer-ingandPerformance，DOI:10.1007/s11665010964118李延平，朱东波，卢秉恒3D复杂形状板料冲压成形回弹误差补偿方法及其实验验证J塑性工程学报，2005，6(12):60669LIUW，YANGYYMulti-objectiveoptimizationofanautopaneldrawingdiefacedesignbymeshmorphingJComputer-AidedDesign，2007，39:86386910ANDERSSONANumericalandexperimentalevalua-tiono