0 引言

　　汽车冲压件具有厚度薄，形状复杂，结构尺寸大等特点，所以对冲压工艺和模具有特殊要求，其中凸模圆角半径的确定是冲压件工艺设计的关键技术，汽车冲压件冲压工序包括圆筒件拉伸，凸缘圆筒件拉伸，盒型件拉伸，弯曲成形，翻边等，本文以凸缘圆筒件拉伸为例研究凸模圆角尺寸对冲压件成型的影响。

1 模型参数及材料参数

　　凸缘圆筒件所选的材料是SAPH440，SAPH440的性能参数如表1。

　　表1

　　凸缘圆筒件具体尺寸如下：圆筒直径D=120，凸缘d=10，高H=50。材料厚度t=2，RM=R凸=R，R分别取4mm，5mm，6mm，7mm，8mm，9mm，10mm，11mm，12mm，13mm，14mm。零件凸模圆角部分为A，直壁为C，直壁到凸模圆角的过渡区为B。

2 减薄位置

　　经有限元模型的建立与计算所得结果如图1所示，在冲压成型过程中，当凸模开始接触板料并下压时，凸模与凹模圆角周围的板料产生应力集中现象，使材料产生弹性压缩，弯曲，拉伸等复杂的变形。从图1可以看出凸缘圆筒件冲压成型结果的减薄率主要发生在凸模圆角及直壁的下端，模拟结果与陈新平等人的实验结果相吻合。图中的凸缘部位均为蓝色，表示凸缘增厚，凸缘部分材料由于拉深力的作用，径向产生拉应力σ1，又由于凸缘部分材料之间相互的挤压作用，切向产生压应力σ3，在σ1和σ3得共同作用下，凸缘部分材料发生塑性变形，在压边圈的作用下，板厚方向产生压应力σ2，凸缘部分的最大主应变是切向压缩应变ε3，因此板厚方向产生拉应变ε2，则板料变厚;凹模圆角处径向拉应力σ1最大，相应的拉应力ε1也最大，因此板厚方向产生压应变ε2，板料厚度减薄;筒壁部分是已变形区和传力区，板厚方向五应力，此处是平面应变状态且σ3=σ1/2，凸模圆角部分承受径向和切向拉应力σ1和σ3的作用，同时在板厚方向承受凸模圆角的压力和弯曲作用而受到压应力σ2的作用;筒底几乎不变形。

　　图1

　　从图1可以看出最大减薄率位置随R的变化而变化，当R=4mm时在凸模圆角处，当R=5mm到R=8mm时在凸缘圆筒件的直壁上，当R继续增大，凸缘圆筒件的最大减薄率的位置均在凸模圆角处。这是因为当凸模圆角R小于板料厚度2t，凸模圆角过小，将使凸缘部分材料流入凹，凸模间隙时的阻力增加，且当凸模接触板料并下压时，板料内外面同时受到来自凸，凹模圆角的压力及弯曲作用而产生的压应力σ2，当凸模圆角R大于2t小于4t时凸模圆角增大，将会减小凸模端面与材料的接触面积，使传递拉伸力的筒壁承载面积减小，则筒壁材料易变薄，当凸模圆角R大于4t时，由于凸模圆角R的较大，材料流动阻力小，且在凸模圆角处板料在厚度方向承受凸模圆角的压力和弯曲作用而受到压应力增大σ2，因此压应变ε2引起的变薄比筒壁部分严重。

3 圆角尺寸对最大减薄率的影响

　　在图1中从R=4mm和R=6mm图可以看出最大减薄在筒壁下部，其次是凸模圆角，而在凸模圆角与筒壁交接处的板料减薄比筒壁和凸模圆角处小，云图上显示为浅色的圈;R=8mm和R=10mm图上浅色的圈逐渐减少，表示此处的减薄与凸模圆角处和筒壁处的减薄逐渐接近;

　　R=12mm和R=14mm图上的浅色的圈完全消失，且最大减薄位置靠近凸模圆角与筒壁交接处。

　　从图2可以看出凸模圆角处减薄率最大，其次是直壁处，凸模圆角到直壁的过渡处减薄率最小。这是由于随着R的增大，传力区的高度减小，凸模圆角处减薄率随着R的増大逐渐减小，凸模圆角到直壁的过渡处和直壁处的减薄率在R=5mm时最大，随后逐渐减小，在R=7mm和R=8mm，凸模圆角处，凸模圆角到直壁的过渡处和直壁处的减薄率减小缓慢。凸模圆角处与凸模圆角到直壁的过渡处减薄率差值在R=4mm到R=6mm之间急剧减小，随后缓慢减小，直壁处与凸模圆角到直壁的过渡处的减薄率差值逐渐减小且趋于零。

　　图2

　　从图2可以看出凸模圆角处平均减薄率随R的增大逐渐减小，凸模圆角到直壁的过渡处和直壁处的平均减薄率先增大后减小，凸模圆角到直壁的过渡处的平均减薄率均远远小于凸模圆角处的平均减薄率，凸模圆角到直壁的过渡处的平均减薄率随R的变化趋势与直壁处相同。凸模圆角到直壁的过渡处与直壁处的平均减薄率的差值逐渐减小且趋于零。说明凸模圆角到直壁的过渡处的平均减薄率大小由一开始的与凸模圆角处和直壁处的明显区分到逐渐与直壁处接近，最后凸模圆角到直壁的过渡处平均减薄率与直壁处相等。直壁处的平均减薄率在R=4mm时是11.92%远远小于凸模圆角处的17.47%，直壁处的平均减薄率从R=5mm到R=8mm均比凸模圆角处平均减薄率大，从R=9mm到R=14mm圆筒件的直壁处平均减薄率小于凸模圆角处平均减薄率，且凸模圆角处与直壁处的平均减薄率差值增大。

　　从图3可以看出当圆筒件的凸缘，直径及深度尺寸不变，改变圆角尺寸，圆筒件的最大减薄率随圆角的增大而减小，表示更易成型。这是由于圆筒件变形区及过渡变形区增大，而传力区减小。从R=5mm到R=7mm圆筒件最大减薄率从18.52%急剧减小到11.73%，随后随R逐渐减小。当R=14mm时略有增加。此结果与陈新平等人的实验相吻合。

　　图3

4 实验验证

　　选取某副车架进行实验验证，模型局部如图所示：图a为改进之前模型，图b为改进后模型。

　　模型基本参数：

　　图a凹模圆角尺寸是10mm，凸模圆角尺寸8mm，最大深度h=85mm，图b凹模圆角尺寸为17mm，凸模圆角为20mm，最大深度h=85mm。冲压模拟成型结果如图4所示。

　　图c显示成型结果最大减薄率为43.075%，远远大于材料的断后延伸率30%，增大圆角后成型结果如图d，最大减薄率32.926%，结果比未增大圆角结果小很多。最大减薄率位置由零件直壁部位转移到零件圆角部位。由此证实圆角越大，减薄率越小。

　　图4

　5 结论

　　综上所述得以下结论：

　　(1)圆筒件最大减薄率位置当R=4mm时在凸模圆角处，当R=5mm到R=8mm时在直壁处，当R=9mm到R=14mm时在凸模圆角处。

　　(2)凸模圆角到直壁的过渡处的平均减薄率介于凸模圆角处与直壁处中间，此现象当R越小越明显，且随R的增大，凸模圆角到直壁的过渡处的平均减薄率逐渐趋于与直壁相等。在云图上显示为凸模圆角到直壁的过渡处逐渐与直壁处融合。

　　(3)圆筒件的其他尺寸不变，其最大减薄率随R的增大逐渐减小，表明R越大越有利于冲压成型。