防撞梁热冲压工艺分析研究

作为汽车上最重要的安全部件之一，防撞梁是汽车安全部件的重要组成部分，在受到正面碰撞时，防撞梁依靠其高强度及吸能盒的有效变形来保护发动机舱及成员座舱。早期的防撞梁造型较为简单，近年来为了提高受碰时的弯矩，汽车防撞梁造型不断复杂化。其中一种典型的造型设计就是利用类似“W”的截面设计取代平板设计，提高防撞梁的抗冲击性能。主要包括中间凸起、侧壁区和翻边区。

该零件成形的难点在于存在多个侧壁及翻边，极易开裂。若仅凭经验进行工艺和模具设计，很可能会造成设计方案的反复尝试与修改，造成资源浪费，借助于计算机仿真技术，将复杂防撞梁的成形过程分为多个成形工序，避免零件成形开裂，并利用CAE分析指导模具设计，从而进行零件的生产，最后通过性能测试验证零件的合格性。

1 成形工艺分析 

由图 1 可知，该零件由于侧壁拉延较深，且存在多处侧壁，不能直接冲压成形。经多次在 AutoForm中仿真尝试，将上模划分为凸模 punch 和上压边圈binder up；下模划分下顶料板 pad、凹模 die 和下压边圈 binder lower，见图 2。成形过程分以下 3 步。

1）中间凸起的成形。punch 和 binder up 同时向下运动，压出中间凸起造型，见图 3。

2）成形侧壁区。punch 和 pad 同时向下运动，成形侧壁区，见图 4。

3）翻边。除 die 外的所有工具体同时向下运动，翻边成形，见图 5。

最终减薄率分布见图 6，最大减薄 14.9%，最大增厚 9.7%，成形性良好。

2 模具调试 

从模拟分析的结果看，此零件成形性良好。然而，在模具调试时，由于翻边区的料无法顺利进入模具，因此导致零件严重开裂，见图 7。

增大压边圈间隙后，材料流动有所改善，但翻边区进料仍受阻，零件侧壁开裂严重。从模拟成形过程来看，影响进料的因素除上下压边圈间隙外，未发现其它直接因素，因此，模具的研配因素成为考虑的重点。由于上模压边圈 binder up 和下模压边圈 binder lower 在成形侧壁区和翻边区时始终压料且控制料的流动，于是考虑对 binder up 和 binder lower控制材料流动的边缘区域进行圆角处理。需要圆角处理的位置见图 8 中虚线位置。经多次圆角处理后的模具见图 9。利用圆角处理后的模具热冲压得到的零件无开裂现象，经过调整料片线，拉延件在检具上的状态见图 10，修边公差在允许范围（±1.5 mm）之内。

3 零件性能检测 

对于尺寸合格的零件，还需经过性能检测合格后，才能满足主机厂要求。通常热成形后的零件需要进行拉伸性能测试、金相组织检测和硬度测试，只有通过这 3 类测试后的零件才是真正合格的零件。

3.1 拉伸性能测试拉伸试样通常在零件较为扁平的面上选取，一般为矩形，规格有 2 种即 A50 和 A80，根据主机厂的要求选取需要的规格。一个零件上一般选 1~2 个，选取位置见图 11。

零件的抗拉强度≥1300 MPa、屈服强度≥950MPa、断后伸长率≥5%时，即可满足性能要求。检测结果见表 1，由表 1 可知零件的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均满足要求力学性能合格。

3.2 金相组织检测金相组织取样通常选择零件的圆角区，取样 3~5个。检测内容主要是镀层厚度及零件芯部微观组织。选取位置见图 12。

检测结果见表 2。

3.3 硬度检测硬度试样在拉伸试样没有取到的区域选取，其试样尺寸、规则等参见热成形工艺标准。通常取 4~6 个。硬度取样位置见图 13。

检测结果见表 3。

由表 3 可知零件的维氏硬度满足要求，硬度检测合格。

4 结论 

1）对于具有多个侧壁的复杂热成形零件，可采用多个工序依次完成各个侧壁的成形，避免板材成形过程开裂。

2）模具设计调试时，需结合仿真分析过程和实际情况进行模具设计及调试研配。

3）热冲压后零件的伸长率大于 5%，硬度大于HV400，零件芯部为全马氏体组织。

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作者：解焕阳、马治军、毛晴伟、祁岩