郭強(qiáng) ¹, 鄭燕萍 ¹, 晉保榮 ²

(1. 南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院, 江蘇南京 210037; 2. 南京南汽沖壓件有限公司, 江蘇南京 211100)

摘 要：以 DP590 高強(qiáng)鋼為研究對象，采用 Autoform 軟件對林用消防車后橋梁結(jié)構(gòu)件進(jìn)行沖壓成形、修邊和側(cè)翻邊的整個過程進(jìn)行仿真。

然后采用中心組合試驗設(shè)計方法，研究了不同板厚和摩擦系數(shù)下的垂直回彈量，并利用最小二乘法擬合不同參數(shù)下的回彈量，得到能滿足零件的垂直回彈量及兩截面最大回彈量差相對較小的板厚和摩擦系數(shù)。

為進(jìn)一步減少回彈，采用設(shè)置加強(qiáng)筋的方法，提高結(jié)構(gòu)件剛度，減少回彈量。

與試驗結(jié)果對比，設(shè)置加強(qiáng)筋后的回彈量完全控制在工藝要求的±0.5 mm。

關(guān)鍵詞：林用車輛；高強(qiáng)鋼；沖壓；回彈；加強(qiáng)筋

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

中圖分類號：TG113.26；TG386.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

由于林用車輛使用條件不同， 要求具有良好的滅火性能、越野性能和運載能力^[1-2]。 車輛輕量化是提高越野性能和運載能力的重要措施之一， 因此高強(qiáng)鋼被應(yīng)用在林用車輛上^[3]，但高的屈服強(qiáng)度，及在沖壓成形過程中的回彈問題^[4]，成為研究的熱點之一。

因此本文選用市場上廣泛應(yīng)用的 DP590 高強(qiáng)鋼為板料，以林用消防車后橋梁結(jié)構(gòu)件為研究對象，采用 Autoform 軟件對其進(jìn)行沖壓過程的仿真，研究了不同板厚和摩擦系數(shù)對垂直回彈量的影響程度，并根據(jù)回彈情況在表面設(shè)置加強(qiáng)筋改善回彈，為DP590 高強(qiáng)鋼的沖壓回彈分析提供理論依據(jù)。

1 沖壓的仿真分析

以林用消防車后橋梁結(jié)構(gòu)件為研究對象， 采用 DP590 高強(qiáng)鋼板料， 板厚 1.5 mm、 尺寸為 501.53 mm×192.37mm， 材料性能如表 1 所示； 壓板力為300000N，摩擦系數(shù)取 0.15。

編輯

利用 Autoform 軟件進(jìn)行沖壓成形模擬，由于結(jié)構(gòu)件形狀簡單，所以采用壓板直接成形，然后再修邊和側(cè)翻邊，仿真模型如圖1 （a） 所示， 沖壓仿真結(jié)果用減薄率以及 （flowlimit curve）成形極限 FLC 曲線來表示。

編輯

由圖 1（b）可知，最大減薄處的板厚為1.33mm， 變薄率為 11.3%；最大板厚為 1.65mm，增厚率為 10%，滿足高強(qiáng)鋼沖壓成形的工藝要求（減薄率 <20%）；從圖 1（c）可看出，零件成形處于安全范圍，無開裂和起皺現(xiàn)象。

沖壓成形仿真是模擬回彈的基礎(chǔ)， 為回彈分析提供了應(yīng)力應(yīng)變等數(shù)據(jù)^[5]。 回彈的發(fā)生貫穿沖壓成形的整個過程，為了準(zhǔn)確獲得關(guān)于 DP590 高強(qiáng)鋼的回彈信息，仿真分析中采用自由回彈的設(shè)置方法，包含了成形、 修邊和側(cè)翻邊過程。

影響回彈的因素眾多，因此實現(xiàn)對回彈的控制也是一個復(fù)雜的過程^[6]。

由于本文選定的板料不變，只有板厚可選擇，而且零件的型面簡單，采用有壓板直接成形方法，沒有壓邊圈，并且壓板力對回彈的影響不大。

所以重點分析板厚和摩擦系數(shù)對回彈的影響，以及設(shè)置加強(qiáng)筋^[7]何進(jìn)一步減少回彈。

2 回彈仿真分析

2.1 回彈分析及試驗方案

回彈是沖壓成形過程中普遍存在的問題， 不論正負(fù)回彈都影響產(chǎn)品的裝配質(zhì)量， 故需對回彈進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

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本文結(jié)構(gòu)件的回彈現(xiàn)象可用垂直回彈和翹曲變形來表示，如圖 2 所示。翹曲變形用垂直回彈量差值來表示，差值越大，則翹曲的程度越大。

從左治江^[8]對高強(qiáng)鋼板 V 型彎曲回彈的研究中可知， 普通鋼板的回彈理論模型不適用于高強(qiáng)鋼板的回彈計算， 但從普通鋼板的理論模型中可得知回彈量與板厚及摩擦系數(shù)有密切的關(guān)系， 且隨板厚的增加，回彈減少。

因此本文采用最小二乘法擬合回彈量與板厚之間的函數(shù)關(guān)系， 用最大垂直正負(fù)回彈量差表示板料回彈翹曲的程度。

2.2 試驗結(jié)果分析及參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)工廠中常用的板厚規(guī)格， 選取板厚為 0.8、1、1.2、1.5、2mm；摩擦系數(shù)取 0.1、0.12、0.15、0.17 和 0.2。

采用中心組合設(shè)計方法，以最少的試驗方案 22 組來擬合響應(yīng)模型^[9]，因篇幅所限，僅列出部分試驗方案。

在回彈模擬中，由于結(jié)構(gòu)件截面類似于“幾”字型矩形件，且結(jié)構(gòu)件的兩端易發(fā)生回彈，故選取兩端固定截面 A、B 為檢測面， 測量其垂直回彈變化量。 A、B 截面的最大垂直正負(fù)回彈值分別用 a+和 a-、b+ 和 b-表示。

編輯

部分試驗方案和回彈結(jié)果如表 2所示。繪制板厚與摩擦系數(shù)對回彈的變化曲線和擬合曲線圖如圖 3 所示。

編輯

可看出，不同摩擦系數(shù)下的曲線基本重合，故其對結(jié)構(gòu)件的回彈影響不大；而板厚向減少。

因此，采用最小二乘法只擬合板厚對回彈的影響，用y_a+ 和 y_a-、y_b+ 和 y_b- 分別表示 A、B 截面的最大垂直正回彈值和最大垂直負(fù)回彈值，擬合式如式（1）～（4）所示。

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

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

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

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

式中：x 為板厚，mm；R² 為回歸平方和與總離差平方和的比值。

擬合公式中 R² 值等于 1，說明擬合公式準(zhǔn)確性高，可為工藝參數(shù)的選取提供參考。

研究結(jié)果顯示： 板料的翹曲回彈現(xiàn)象并不能單一地用某一個截面的最大垂直回彈量來描述， 而應(yīng)從結(jié)構(gòu)的整體出發(fā)，因此引入垂直回彈量差的概念，即不同截面處回彈量的差值。

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