高強度鋼零件設計規(guī)范

1、基于高強度鋼的零件設計規(guī)范（附錄）湖南大學汽車車身設計與制造國家重點實驗室2009.10檢 索l 高強度鋼零件的典型設計l 設計較好的高強度鋼零件l 設計較差的高強度鋼零件l 設計很差的高強度鋼零件l 課題中高度鋼零件的案例分析l 前邊構(gòu)件連接板內(nèi)件l 發(fā)動機倉邊梁后段l E101-5102222ll 發(fā)動機倉邊梁后段前加強件l 前立柱上加強板l E101-2809112l E101-5401634l E101-5104412l E101-5301276l 前立柱內(nèi)板高強度鋼零件的典型設計Ø 設計較好的高強度鋼零件設計1 板材：420MPa設計2 板材：420 MPa筋能更好地滿足強

2、度要求設計3 板材：350 MPa對高強度鋼來說開口設計比較好對高強度鋼來說平滑過渡比較好設計4 板材：300MPa對高強度鋼來說需修改圓角閉合端口要求拉延成形Ø 設計較差的高強度鋼零件設計1 板材：300MPa對高強度鋼來說需做平滑過渡的修改設計2 板材：300MPa對高強度鋼來說需做平滑過渡的修改設計3 板材：300MPa伸長類法蘭對高強度鋼來說修改為緩和過渡壓縮類法蘭Ø 設計很差的高強度鋼零件設計1零件同時具有伸長類和壓縮類法蘭，并且深度嚴重的不均勻，對高強度鋼零件來說很難控制它的成形尺寸，分布在槽型相反邊緣上的壓應力和拉應力可誘發(fā)零件的扭曲。設計2變化較大的深度和壓

3、縮類法蘭伸長類法蘭的同時存在將會引起零件空間上的失穩(wěn)課題中高度鋼零件的案例分析BAØ 前邊構(gòu)件連接板內(nèi)件材料：B210P 板厚：1.5mm型面特征： A部位型面較緊湊，是潛在的拉延拉裂區(qū)； B部位需要翻孔對高強度鋼是個挑戰(zhàn)。設計估評：對于A型面可以采用多次拉延或成形等工藝成形；材料的擴孔率和零件的翻孔高度可能會制約B處的成形。在仿真中可以嘗試多種成形工藝，最后實在不行只能換材料或修改零件型面。Ø 發(fā)動機倉邊梁后段 材料：B280/440DP 板厚：2.0mm型面特征： 槽型； 存在反向的壓縮類和伸長類法蘭邊； 深度差異較大； 側(cè)壁扭曲。設計估評：零件的上述特征導致了成形后會

4、有較大的扭曲，對回彈的補償工作帶來難度，但足夠小的凸模半徑6mm卻對側(cè)壁回彈的控制有一定的作用；此外由于圖中所示的型面反成形產(chǎn)生了微小的起皺，嘗試添加工藝凹包后有所改善。Ø E101-5102222l材料：B440/780DP 板厚：1.5mm型面特征： 法蘭邊上有較多的筋狀特征； 縱截面為類形。設計估評： 法蘭邊上的筋有效地抑制了法蘭的卷曲回彈，但是若這些筋僅僅是為了加強零件剛度的話，應盡量使其分布均勻，以改善成型后殘余應力的分布，減小扭曲回彈。 零件頂面的凹臺也可以起到吸皺的作用，但在保證搭接精度的前提下，其位置和尺寸可以結(jié)合仿真得到優(yōu)化；此外，若這些特征也僅僅是加強零件的剛度，

5、建議采用條形筋代替圓形凹臺，因為條形筋能更好地增加剛度和抑制縱向的回彈，尤其對這種形的零件來說。Ø 發(fā)動機倉邊梁后段前加強件材料：B400/780DP 板厚：1.6mm零件特征： 深度極其不均勻； 側(cè)壁扭曲并存在特征。ABC設計估評：側(cè)壁特征（圖中A/B）明顯增加了材料的流動阻力從而使頂部材料不足產(chǎn)生脹形的塑性拉裂和側(cè)壁局部傳力區(qū)的強度拉裂。所以不能再采用大小一致的凹模半徑，應增加相應局部的凹模半徑。另外，零件本身具有的凹包特征（圖中C）改善了該部位潛在的起皺問題。Ø 前立柱上加強板材料：B340/590DP 板厚：1.2mm型面特征： 型面起伏較大； 圖中所示部位較尖銳且

6、圓角為三角形圓角； A面區(qū)翻邊成形。R4.8小A設計估評：材料會多次經(jīng)過臺階拉延和反拉延，特別是圓角處的流動環(huán)境較差會導致塑性拉裂，至少減薄較明顯，為了減小材料的流動阻力應加大棱邊的圓角半徑或修改為球形圓角。此外，說對于高強度鋼零件來說，凸臺側(cè)壁的傾斜角度也要盡可能地大一些。Ø E101-2809112材料：B440/780DP 板厚：1.8mm型面特征：型面很規(guī)則較簡單。 16.543.08設計估評：零件中部的凹槽有效地減小了整個零件的縱向回彈，凹槽上橫向的筋加強了零件的剛度也有效地抑制了側(cè)壁的橫向回彈。但型面的特點依然誘發(fā)了較大的回彈（如圖中所示）。即使這樣，該設計還算是比較合理

7、的。針對這種情況，我們可以采用工藝上回彈補償或整形的方法來保證該零件的尺寸精度和搭接精度。Ø E101-5401634材料：B280/440DP 板厚：1.8mm型面特征： 縱向尺寸有一定的高度差； 有一凸臺特征。R 5側(cè)壁拔模角不足5度R 666mm設計估評：相對較高的拉延深度（在沒有工藝補充面的情況下，拉延深度已高達66mm），凸臺側(cè)壁的拔模角（不足5度）和圓角半徑（范圍在5-6mm之間）偏小，因為凸臺部位在合模后期成型，材料的流動環(huán)境較差，存在相當比例的脹形成型，又由于高強度鋼的拉延率較低，側(cè)壁很容易產(chǎn)生塑性拉裂。基于此，需要對凸臺進行局部修改：在保證裝配和搭接精度的情況下，應

8、加大拔模角度和圓角，圓角的大小按經(jīng)驗值取6t-8t，從而改善材料的流動，消除拉裂現(xiàn)象。Ø E101-5104412材料：B280/440DP 板厚：1.6mm型面特征： 型面很不規(guī)則； 頂部寬度較大且有較多的筋狀特征； 拉延深度較大，即使在基于最小拉延深度的沖壓方向下也至少要90mm。總之，該零件針對高強度鋼的設計顯得很復雜。至少90mmAR11R4R5設計估評： A部位的特征很復雜且曲率變化也很劇烈，但圓角僅有8mm，導致材料的流動嚴重不足，所以該部位是潛在的拉裂區(qū)，建議做如圖中所示的修改：用球形圓角代替三角形圓角，并增大其圓角半徑。 與深沖鋼相比高強度鋼的拉延率較低，為了保證在如

9、此之大的拉延深度下材料能有良好的流動環(huán)境，降低零件的減薄，建議適當加大棱邊的圓角半徑。 分布不均勻的殘余應力是引起零件扭曲的直接原因，為了減緩零件的扭曲，建議把底部的特征分布均勻一些且在保證底部剛度的情況下簡化特征型面，從而誘導較為均勻的殘余應力分布。 為了更好地成型這種兩端深度差距較大的零件，必然要盡量選用最小拉延深度的沖壓方向，但這會使零件的型面在正沖壓方向上成形狀，又由于下凹部位的最低點是在合模末期成型的，所以該部位是潛在的起皺區(qū)?；谶@種情況，建議在最低點設計一凹臺特征，達到吸皺的目的。Ø E101-5301276材料：B340/590DP 板厚：1.6mm搭接法蘭Ø 前立柱內(nèi)板材料：B170P1板厚：0.7mmA拉延筋邊距25mm左右凹模半徑8-16mm大部分在10mm之內(nèi)A這是車身結(jié)構(gòu)中很典型的零件，借此對于工藝補充面的設計進行簡單的介紹：（1）確定是單拉件還是雙拉件：該零件采用對拉件成形。（2）確定壓料面的形狀：盡量簡化壓料面的形狀，最好使用平直壓料面，若使用斜壓料面時要控制傾斜角40-50度；壓料面任一斷面的長度應小于相應零件斷面的長度；壓料面要盡可能使拉延深度小且各部分的深度盡可能一致；零件有反成形時工藝補充面盡可能降低利于板料的流動，但這要根據(jù)實際情況而定，例如在該零件中部凸臺的抬高反而有利于減少A處