应变分析方法用于汽车零件选材的研究
李立军祝洪川
摘 要：用08AL、03AL、WIF钢三种板材冲压一种汽车零件，利用应变 分析方法评价了三种板材的成形效果，对优化选材进行研究，预测了最 佳使用材料的应变硬化指数n值。
关键词：成形应变分析选材
APPLICATION OF STRAIN ANALYSIS METHODTO AUTO
PART SELECTION
Li Lijun
vWuahn Iron & Steel Corp)
Zhu Hongchuan
vWuahn Iron & Steel Corp)
Abstract： Automobile parts of one similar type were stamped and deformed with
differe nt steel sheets 08AL 03AL and WIF as the start ing material, and then the results of forming were evaluated using the strain analysis method. Roads to optimize the material selection are discussed and the strain harde ning exp onent(n value〉of the most suitable material is predicted. Keywords： formin gstra in an alysismaterial select ion
1冃I」言
在汽车薄钢板零件冲压成形生产中，每种零件都有一个最佳使用材 料。用这种材料冲压零件，既可以保证零件完好成形和足够低的冲废 率；又能使选用的材料价格性能比最低，用材最经济。以前对零件选材 主要是通过现场实际冲压，将零件能否成形作为选材的依据，这种方法 不能准确评价材料的成形效果，很难选择最佳使用材料。
薄钢板在成形过程中，失效方式主要是应变失效，即成形的应变值 达到材料成形极限而导致破裂。用应变测量分析方法，可以定量评价材 料的成形效果，并可对零件的最佳选材进行预测 ：1，2, 3： 0
神龙汽车公司的后盖板右上流水槽零件是富康轿车的一种典型冲压 件，本文用应变分析方法对该零件的选材进行了研究。
2实验材料和实验过程
在富康轿车后盖板右上流水槽零件选材冲压实验中，选用 3种武钢 产不同冲压级别的冷轧薄钢板作为实验材料，分别为 08AL 03AL WIF 钢，板厚均为0.8 mm,表1列出了 3种钢板的基本成形性能。 表1 3种实验钢板的基本成形性能
钢板 (T o.2/MPa (T 08AL 03AL WIF 205 174 148 b/MPc 340 325 290 S 5Q/% n r △ r 43 0.200 1.483 0.347 48 0.240 1.799 0.567 51 0.270 2.104 0.443 冲压成形前，在钢板上用丝网法印上测量应变所用的方网格，方网 格的边长为2.5 mm。在成形过程中，原始方网格随着钢板流动而变 形，对成形后的变形网格进行测量计算，可得到零件成形后的变形情 况。
在成形后的后盖板右上流水槽零件上，选择 11个典型部位作为测 试区域，见图1。
图1后盖板右上流水槽测试区域示意图
利用网格自动应变测量系统（ASAME>4］对变形的网格进行测量和分 析，得到应变分布。ASAM系统可利用钢板的应变硬化指数 n值和钢板 厚度计算该钢板的成形极限：5 S将应变分布和成形极限合成，得到成 形极限图。实验过程中，三种钢板的冲压工艺和下料尺寸一致。
3实验结果与讨论
零件冲压成形危险部位的确定和主要的变形特点
表2、表3、表4分别为用08AL、03AL、WIF板冲压后盖板右上流
水槽的各区域应变安全裕度和变形特点。表中“应变安全裕度”表示应 变值与材料成形极限的距离，应变安全裕度越小，应变值离成形极限越 接近，成形越危险。“拉延”平”表示该区域拉延变形和平面应变变形 特点均有，且拉延变形的应变安全裕度最低；“拉延 /平/胀形”表示该 区域拉延变形、平面应变变形和胀形变形特点均有，且拉延变形的应变 安全裕度最低。
3.1
表2各区域应变安全裕度和变形特点（08AL板>
3 4 区域 1 2 应变安全全裕度/% 变形特点 区域 应变安全裕度/%
5 16.4 6 24.8 3.2 15.2 20.6 18.6 拉延/平 平面应变 平面应变 平面应变 拉延/平 拉延/平 7 8.7 8 18.8 9 17.3 10 11.6 11 14.1 变形特点 平面应变 平面应变 平面应变 平面应变 拉延/平/胀形 表3各区域应变安全裕度和变形特点（03AL板＞ 区域 应变安全全裕度/% 变形特点 区域 应变安全裕度/% 1 8.8 2 15.9 3 22.2 4 22.1 5 28.8 6 26.1 拉延/平 平面应变 平面应变 平面应变 拉延/平 拉延/平 7 13.7 8 25.8 9 19.7 10 20.4 11 22.7
变形特点 平面应变 平面应变 平面应变 平面应变 表4各区域应变安全裕度和变形特点（WIF板＞ 区域 应变安全全裕度/% 变形特点 区域 应变安全裕度/% 变形特点 1 11.6 2 15.6 3 28.1 4 25.1 拉延/平/胀形 5 25.6 6 31.4 拉延/平 平面应变 平面应变 平面应变 拉延/平 拉延/平 7 20.2 8 26.0 9 24.2 10 19.6 11 19.1 平面应变 平面应变 平面应变 平面应变 拉延/平/胀形 在测试3种钢板冲压后盖板右上流水槽的应变时，发现在 1区域的 应变安全裕度最低，尤其是1区域的壁部，它是后盖板右上流水槽成形 时应变安全裕度最低的地方，在冲压成形中危险性最大。
后盖板右上流水槽的变形特点，主要有拉延和平面应变，胀形相对 较小，且胀形的变形特点只出现在 11区域。后盖板右上流水槽零件的 结构具有弯析和壁部的特点，一般情况下，弯析处主要为平面应变，而 壁部主要为拉延，上面分析的变形特点结果与零件的结构特点相适应。 3.2 三种钢板的成形效果评价
将后盖板右上流水槽每个测试区域的成形极限图合成在一起，得到 整体应变成形极限图。图2、图3、图4分别表示用08AL、03AL、WIF 板冲压后盖板右上流水槽的整个应变成形极限图，应变安全裕度分别为 3.2 %、8.8 %、11.6 %。
注CM
图2整体成形极限图（对应08AL板＞
图3整体成形极限图（对应03AL板＞
图4整体成形极限图（对应WIF板＞
整体成形极限图反映了零件所有典型区域的变形情况，可用来评价 钢板的成形效果。根据 ASAM系统的特点和生产现场的经验，应变安全 裕度应不小于5 %，5%作为成形极限之下的安全线，用来保证零件的 冲废率足够低。在实验的3种钢板中，08AL板成形的应变安全裕度为
3.2 %，低于5 %，应变安全裕度不够，08AL板的成形性能达不到此零 件冲压生产的要求；03AL板成形后的应变安全裕度为8.8 %，WIF板成 形后的应变安全裕度为11.6 %，都高于5 %，应变安全裕度较大，对于 此零件的冲压生产来说，03AL和WIF板的成形性能都偏高。 3.3 冲压零件的最佳用材预测
由上面的结果可知，冲压后盖板右上流水槽的最佳材料的成形性能 应高于08AL板而低于03AL板，即介于08AL板和03AL板之间。
在图2、图3、图4的整体成形极限图中，如果忽略每种材料的成 形极限，只考察应变大小和应变分布，发现三种钢板，成形后的应变大 小和应变分布基本一样，也就是说即使采用这三种不同性能的钢板冲 压，成形后的应变大小和应变分布变化很小。因此，假设使用一种成形 性能介于08AL板和03AL板之间的最佳使用材料来冲压该零件，成形后 的应变大小和应变分布也会与上面三种钢板差不多。
可利用ASAM系统中计算模拟的方法对最佳使用材料的性能进行预 测|1,2,3：。材料成形极限主要与n值和板厚有关，由于零件板厚是一定 的，变动n值
就得到不同n值的成形极限。将上面测量的应变值放在不 同的成形极限中，得到不同的应变安全裕度。选择优化的应变安全裕 度，其成形极限对应的n值就是最佳使用材料所对应的n值。经实验， 发现n值为0.220时，应变安全裕度最优，图5、图6图7分别为 08AL、03AL、WIF板冲压后盖板右上流水槽的应变值放在 n=0.220的成 形极限上的结果，应变安全裕度分别为 5.5 %、6.5 %、6.2 %，因此 n=0.220的钢板是冲压后盖板右上流水槽的最佳材料。
M44 :“缈
赵糾；H-0.220图5预测的成形极限图
(08A1板应变值放在n=0.22成形极限上＞
图6预测的成形极限图
(03A1板应变值放在n=0.22成形极限上＞
应变分析方法用于汽车零件选材研究报告
