油底壳拉伸成形工艺与冲压模具设计 拉深模具
赵亚君+张朝令+寇谦雨
[摘 要]高强度钢是目前汽车轻量化设计中应用最为广泛的板材。与普通钢板相比，高强度钢板具有更高的屈服强度，在车身设计时使用更薄的钢板仍能保证结构刚度，可以大大减轻车身的重量[1]。本文主要研究混凝土运输车搅拌叶片冲压成形工艺[3]，设计了该叶片的冲压模具，围绕叶片特征与冲压成形分析进而模拟试验，并对冲压成形工艺优化，提出搅拌叶片的冲压工艺优化方案，具有较高的工程价值。
[关键词]搅拌叶片；工艺优化；高强度钢板；模具结构；有限元模拟
中图分类号：TG386.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）01-0398-02
引言
高强度钢板是目前汽车轻量化设计中应用最为广泛的板材，与其它材料相比其有着强度高、质量轻和成本低等特点[2]，但因其在室温成形时叶片的硬化指数、厚向异性系数和伸长率偏低导致开裂和回弹，以致成形性能差。
1.1 拉深成型原理
模具通常又称为“效益放大器”，是因为模具产品的实用价值已远远高于自身价值的几十倍或上百倍。因此，模具生产效益是不可估量的，其已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志
1.2 拉深模具分析
拉深成形是板料借助凸模并被其拉入凸、凹模之间间隙里以致形成空心制件的一个过程，受力状态（如图1）所示。拉深时凸模下板料借助凸模底部和凸模圆角部位经拉深力传递给板料，使得板料的外缘部分从凹模端面与压边圈中被拉入凸模与凹模之間间隙。在压边力Fp，拉深力F以及板料与模具工作表面相对运动产生的摩擦力的作用下，边圈与板料相接触的部位受到压力F1和摩擦力f1的作用；凹模端面受到的力有压力F2和摩擦力f2；凹模圆角半径处受到的力有压力F3及摩擦力f3；凸模圆角半径处受到的力有压力F4和摩擦力f4。
2.材料工艺参数分析
2.1 叶片模具设计
根据叶片大小和形状确定模具数量，选择其中一段进行研究（如图2），模具选取600mm的闭合高度，接着做一基准面使其尽可能与叶片平行，再从此向叶片模型生成肋板，最后根据叶片大小确定肋扳阵列数量。通过此设计方法所设计出的方案（如图3）
2.2 叶片冲压成形分析
在现有叶片冲压成形时搅拌叶片的成形精度较低，对叶片的冲压成形进行分析是必要环节，因而提出合理的冲压工艺从而提高叶片的成形精度是很关键的部分。所以不必考虑冲压成形时的回弹变形，也不需要对模具进行修正等工序。
2.4 叶片冲压成形模拟
2.4.1 有限元建模
所设计的叶片有限元仿真模型（如图4），从上到下分别为凸模、板料和凹模，冲压方向垂直向下。根据仿真模型，对模具和板料数量进行网格剖分（如表1）。
2.4.2 材料参数设定
以宝钢产钢为研究对象，屈服应力，其材料的性能参数（如表2）。通过硬化方程其中，为对数应变，=0.006，为等效塑性应变，所形成的硬化曲线（如图5）。
2.5 冲压模拟结果分析
由（图6）知，叶片呈自由弯曲状，有严重的滑移现象，相对于凹模呈现逆时针旋转滑移的趋势，为便于观察将在凹模模面两边上的交点处选择13个肋板做为基准点，各肋板和叶片相应位置的交点作为测量点，倘若基准点和测量点滑移并且形成一段距离则为该点的滑移量。测量点如图6所示。从A点到B点的测量点标号依次为1到13，D点到C点的测量点标号依次为1'到13'，AB和CD两段曲线的滑移量如表三所示。其中“+”表示该顶点滑移出了凹模，“-”则反，用叶片滑移出凹模的部分来衡量成形精度，因此将叶片滑出凹模模腔最大的部分为模具最大滑移量。由表可知，叶片的最大滑移量为30.8mm，严重影响了叶片的成形精度。
3.结论
1）本次论文通过三个部分对高强度钢板模具进行研究分析与试验，对拉深模具进行分析，初步设计了简易钢板模作为叶片的冲压模具，分别对叶片冲压成形和叶片特点与工艺进行分析，通过数值模拟和试验方法先预测了冲压成形后叶片的滑移情况，发现数值模拟的叶片滑移量与试验所测值基本一致，进一步证明模拟方法能有效的模拟叶片的滑移量。
2）本次学习不仅了解了高强度钢板模具的实用价值和应用情况，也学会了如何设计模具和如何对相关数值模拟实验，从而进行试验测定来验证模拟结果的准确性的一类方法，不仅有效的提升自身的操作能力而且加深对研究内容的了解，为搅拌叶片的设计提供理论基础。
参考文献
[1] 陈亮，陈军，张贵宝，等.高强度钢板拉深模具结构有限元分析与试验研究[J].塑性工程学报，2008，15（2）：42-45.
[2] 张贵宝.高强度薄板拉深模具结构分析关键技术研究及应用[D].上海交通大学，2008.
[3] 温彤，方刚，贾朋举，等.高强度钢板力学性能参数对其拉深成形特性的影响[J].热加工工艺，2011，40（8）：25-27.endprint
