基于林用消防车DP590高强钢冲压件回弹性能的研究(一)

基于林用消防车DP590高强钢冲压件回弹性能的研究(一)

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基于林用消防车DP590高强钢冲压件回弹性能的研究(一)

2022-04-01

郭强 1, 郑燕萍 1, 晋保荣 2

(1. 南京林业大学汽车与交通工程学院, 江苏南京 210037; 2. 南京南汽冲压件有限公司, 江苏南京 211100)

摘 要:以 DP590 高强钢为研究对象,采用 Autoform 软件对林用消防车后桥梁结构件进行冲压成形、修边和侧翻边的整个过程进行仿真。

然后采用中心组合试验设计方法,研究了不同板厚和摩擦系数下的垂直回弹量,并利用最小二乘法拟合不同参数下的回弹量,得到能满足零件的垂直回弹量及两截面最大回弹量差相对较小的板厚和摩擦系数。

为进一步减少回弹,采用设置加强筋的方法,提高结构件刚度,减少回弹量。

与试验结果对比,设置加强筋后的回弹量完全控制在工艺要求的±0.5 mm。

关键词:林用车辆;高强钢;冲压;回弹;加强筋

DOI: 10.14158/j. cnki. 1001-3814. 2018. 24. 015

中图分类号:TG113.26;TG386.41 文献标识码:A 文章编号:1001-3814(2018)24-0064-04

Research on Springback of DP590 High Strength Steel

Structural Parts for Forest Fire Truck GUO Qiang1, ZHENG Yanping1, JIN Baorong2

(1. School of Automobile and Traffic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 2. Nanjing Automobile Stamping Parts Co., Ltd., Nanjing 211100, China)

Abstract:Taking DP590 high-strength steel as research object, and the whole process of stamping, trimming and side flanging of bridge structure of a forest fire engine was simulated by using Autoform software. By using the central composite experimental design method, the vertical springback under different thickness and friction coefficient were studied, and the least squares method was used to fit the springback under different parameters. The plate thickness and friction coefficient which can meet the relative small vertical springback and the biggest displacement difference of the parts was obtained. In order to reduce the springback furtherly, the method of setting up stiffeners was adopted to increase the rigidity of the structural parts and reduce the springback. Compared with the test results, the rebound amount after setting the reinforcement is fully controlled between the process requirement of ±0.5 mm.

Key words:forestry vehicle; high strength steel; stamping; springback; strengthening rib

由于林用车辆使用条件不同, 要求具有良好的灭火性能、越野性能和运载能力[1-2]。 车辆轻量化是提高越野性能和运载能力的重要措施之一, 因此高强钢被应用在林用车辆上[3],但高的屈服强度,及在冲压成形过程中的回弹问题[4],成为研究的热点之一。

因此本文选用市场上广泛应用的 DP590 高强钢为板料,以林用消防车后桥梁结构件为研究对象,采用 Autoform 软件对其进行冲压过程的仿真,研究了不同板厚和摩擦系数对垂直回弹量的影响程度,并根据回弹情况在表面设置加强筋改善回弹,为DP590 高强钢的冲压回弹分析提供理论依据。

1 冲压的仿真分析

以林用消防车后桥梁结构件为研究对象, 采用 DP590 高强钢板料, 板厚 1.5 mm、 尺寸为 501.53 mm×192.37mm, 材料性能如表 1 所示; 压板力为300000N,摩擦系数取 0.15。

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利用 Autoform 软件进行冲压成形模拟,由于结构件形状简单,所以采用压板直接成形,然后再修边和侧翻边,仿真模型如图1 (a) 所示, 冲压仿真结果用减薄率以及 (flowlimit curve)成形极限 FLC 曲线来表示。

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由图 1(b)可知,最大减薄处的板厚为1.33mm, 变薄率为 11.3%;最大板厚为 1.65mm,增厚率为 10%,满足高强钢冲压成形的工艺要求(减薄率 <20%);从图 1(c)可看出,零件成形处于安全范围,无开裂和起皱现象。

冲压成形仿真是模拟回弹的基础, 为回弹分析提供了应力应变等数据[5]。 回弹的发生贯穿冲压成形的整个过程,为了准确获得关于 DP590 高强钢的回弹信息,仿真分析中采用自由回弹的设置方法,包含了成形、 修边和侧翻边过程。

影响回弹的因素众多,因此实现对回弹的控制也是一个复杂的过程[6]

由于本文选定的板料不变,只有板厚可选择,而且零件的型面简单,采用有压板直接成形方法,没有压边圈,并且压板力对回弹的影响不大。

所以重点分析板厚和摩擦系数对回弹的影响,以及设置加强筋[7]何进一步减少回弹。

2 回弹仿真分析

2.1 回弹分析及试验方案

回弹是冲压成形过程中普遍存在的问题, 不论正负回弹都影响产品的装配质量, 故需对回弹进行严格的控制。

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本文结构件的回弹现象可用垂直回弹和翘曲变形来表示,如图 2 所示。翘曲变形用垂直回弹量差值来表示,差值越大,则翘曲的程度越大。

从左治江[8]对高强钢板 V 型弯曲回弹的研究中可知, 普通钢板的回弹理论模型不适用于高强钢板的回弹计算, 但从普通钢板的理论模型中可得知回弹量与板厚及摩擦系数有密切的关系, 且随板厚的增加,回弹减少。

因此本文采用最小二乘法拟合回弹量与板厚之间的函数关系, 用最大垂直正负回弹量差表示板料回弹翘曲的程度。

2.2 试验结果分析及参数优化

根据工厂中常用的板厚规格, 选取板厚为 0.8、1、1.2、1.5、2mm;摩擦系数取 0.1、0.12、0.15、0.17 和 0.2。

采用中心组合设计方法,以最少的试验方案 22 组来拟合响应模型[9],因篇幅所限,仅列出部分试验方案。

在回弹模拟中,由于结构件截面类似于“几”字型矩形件,且结构件的两端易发生回弹,故选取两端固定截面 A、B 为检测面, 测量其垂直回弹变化量。 A、B 截面的最大垂直正负回弹值分别用 a+和 a-、b+ 和 b-表示。

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部分试验方案和回弹结果如表 2所示。绘制板厚与摩擦系数对回弹的变化曲线和拟合曲线图如图 3 所示。

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可看出,不同摩擦系数下的曲线基本重合,故其对结构件的回弹影响不大;而板厚向减少。

因此,采用最小二乘法只拟合板厚对回弹的影响,用ya+ 和 ya-、yb+ 和 yb- 分别表示 A、B 截面的最大垂直正回弹值和最大垂直负回弹值,拟合式如式(1)~(4)所示。

(1)ya+=-9.2313x3+41.993x2-62.817x+33.31 R2=1

(2)ya-=0.9295x3-4.621x2+8.0439x-5.6176 R2=1

(3)yb+=-2.9214x3+11.852x2-15.616x+8.7151 R2=1

(4)yb-=0.1271x3+0.0885x2-1.1334x+0.071 R2=1

式中:x 为板厚,mm;R2 为回归平方和与总离差平方和的比值。

拟合公式中 R2 值等于 1,说明拟合公式准确性高,可为工艺参数的选取提供参考。

研究结果显示: 板料的翘曲回弹现象并不能单一地用某一个截面的最大垂直回弹量来描述, 而应从结构的整体出发,因此引入垂直回弹量差的概念,即不同截面处回弹量的差值。

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