高強(qiáng)度鋼零件設(shè)計(jì)規(guī)范

1、基于高強(qiáng)度鋼的零件設(shè)計(jì)規(guī)范（附錄）湖南大學(xué)汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)與制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2009.10檢 索l 高強(qiáng)度鋼零件的典型設(shè)計(jì)l 設(shè)計(jì)較好的高強(qiáng)度鋼零件l 設(shè)計(jì)較差的高強(qiáng)度鋼零件l 設(shè)計(jì)很差的高強(qiáng)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(dòng)機(jī)倉(cāng)邊梁后段l E101-5102222ll 發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)邊梁后段前加強(qiáng)件l 前立柱上加強(qiáng)板l E101-2809112l E101-5401634l E101-5104412l E101-5301276l 前立柱內(nèi)板高強(qiáng)度鋼零件的典型設(shè)計(jì)Ø 設(shè)計(jì)較好的高強(qiáng)度鋼零件設(shè)計(jì)1 板材：420MPa設(shè)計(jì)2 板材：420 MPa筋能更好地滿(mǎn)足強(qiáng)

2、度要求設(shè)計(jì)3 板材：350 MPa對(duì)高強(qiáng)度鋼來(lái)說(shuō)開(kāi)口設(shè)計(jì)比較好對(duì)高強(qiáng)度鋼來(lái)說(shuō)平滑過(guò)渡比較好設(shè)計(jì)4 板材：300MPa對(duì)高強(qiáng)度鋼來(lái)說(shuō)需修改圓角閉合端口要求拉延成形Ø 設(shè)計(jì)較差的高強(qiáng)度鋼零件設(shè)計(jì)1 板材：300MPa對(duì)高強(qiáng)度鋼來(lái)說(shuō)需做平滑過(guò)渡的修改設(shè)計(jì)2 板材：300MPa對(duì)高強(qiáng)度鋼來(lái)說(shuō)需做平滑過(guò)渡的修改設(shè)計(jì)3 板材：300MPa伸長(zhǎng)類(lèi)法蘭對(duì)高強(qiáng)度鋼來(lái)說(shuō)修改為緩和過(guò)渡壓縮類(lèi)法蘭Ø 設(shè)計(jì)很差的高強(qiáng)度鋼零件設(shè)計(jì)1零件同時(shí)具有伸長(zhǎng)類(lèi)和壓縮類(lèi)法蘭，并且深度嚴(yán)重的不均勻，對(duì)高強(qiáng)度鋼零件來(lái)說(shuō)很難控制它的成形尺寸，分布在槽型相反邊緣上的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力可誘發(fā)零件的扭曲。設(shè)計(jì)2變化較大的深度和壓

3、縮類(lèi)法蘭伸長(zhǎng)類(lèi)法蘭的同時(shí)存在將會(huì)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(duì)高強(qiáng)度鋼是個(gè)挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)估評(píng)：對(duì)于A型面可以采用多次拉延或成形等工藝成形；材料的擴(kuò)孔率和零件的翻孔高度可能會(huì)制約B處的成形。在仿真中可以嘗試多種成形工藝，最后實(shí)在不行只能換材料或修改零件型面。Ø 發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)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(lèi)和伸長(zhǎng)類(lèi)法蘭邊； 深度差異較大； 側(cè)壁扭曲。設(shè)計(jì)估評(píng)：零件的上述特征導(dǎo)致了成形后會(huì)

4、有較大的扭曲，對(duì)回彈的補(bǔ)償工作帶來(lái)難度，但足夠小的凸模半徑6mm卻對(duì)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(lèi)形。設(shè)計(jì)估評(píng)： 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(qiáng)零件剛度的話(huà)，應(yīng)盡量使其分布均勻，以改善成型后殘余應(yīng)力的分布，減小扭曲回彈。 零件頂面的凹臺(tái)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(qiáng)零件的剛度，

5、建議采用條形筋代替圓形凹臺(tái)，因?yàn)闂l形筋能更好地增加剛度和抑制縱向的回彈，尤其對(duì)這種形的零件來(lái)說(shuō)。Ø 發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)邊梁后段前加強(qiáng)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(shè)計(jì)估評(píng)：側(cè)壁特征（圖中A/B）明顯增加了材料的流動(dòng)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(qiáng)度拉裂。所以不能再采用大小一致的凹模半徑，應(yīng)增加相應(yīng)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(wèn)題。Ø 前立柱上加強(qiáng)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(shè)計(jì)估評(píng)：材料會(huì)多次經(jīng)過(guò)臺(tái)階拉延和反拉延，特別是圓角處的流動(dòng)環(huán)境較差會(huì)導(dǎo)致塑性拉裂，至少減薄較明顯，為了減小材料的流動(dòng)阻力應(yīng)加大棱邊的圓角半徑或修改為球形圓角。此外，說(shuō)對(duì)于高強(qiáng)度鋼零件來(lái)說(shuō)，凸臺(tái)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(jiǎn)單。 16.543.08設(shè)計(jì)估評(píng)：零件中部的凹槽有效地減小了整個(gè)零件的縱向回彈，凹槽上橫向的筋加強(qiáng)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(diǎn)依然誘發(fā)了較大的回彈（如圖中所示）。即使這樣，該設(shè)計(jì)還算是比較合理

7、的。針對(duì)這種情況，我們可以采用工藝上回彈補(bǔ)償或整形的方法來(lái)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(tái)特征。R 5側(cè)壁拔模角不足5度R 666mm設(shè)計(jì)估評(píng)：相對(duì)較高的拉延深度（在沒(méi)有工藝補(bǔ)充面的情況下，拉延深度已高達(dá)66mm），凸臺(tái)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?yàn)橥古_(tái)部位在合模后期成型，材料的流動(dòng)環(huán)境較差，存在相當(dāng)比例的脹形成型，又由于高強(qiáng)度鋼的拉延率較低，側(cè)壁很容易產(chǎn)生塑性拉裂?；诖?，需要對(duì)凸臺(tái)進(jìn)行局部修改：在保證裝配和搭接精度的情況下，應(yīng)

8、加大拔模角度和圓角，圓角的大小按經(jīng)驗(yàn)值取6t-8t，從而改善材料的流動(dòng)，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?？傊?，該零件針對(duì)高強(qiáng)度鋼的設(shè)計(jì)顯得很復(fù)雜。至少90mmAR11R4R5設(shè)計(jì)估評(píng)： A部位的特征很復(fù)雜且曲率變化也很劇烈，但圓角僅有8mm，導(dǎo)致材料的流動(dòng)嚴(yán)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(qiáng)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(dòng)環(huán)境，降低零件的減薄，建議適當(dāng)加大棱邊的圓角半徑。 分布不均勻的殘余應(yīng)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(jiǎn)化特征型面，從而誘導(dǎo)較為均勻的殘余應(yīng)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(huì)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(diǎn)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(diǎn)設(shè)計(jì)一凹臺(tái)特征，達(dá)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(chē)身結(jié)構(gòu)中很典型的零件，借此對(duì)于工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹：（1）確定是單拉件還是雙拉件：該零件采用對(duì)拉件成形。（2）確定壓料面的形狀：盡量簡(jiǎn)化壓料面的形狀，最好使用平直壓料面，若使用斜壓料面時(shí)要控制傾斜角40-50度；壓料面任一斷面的長(zhǎng)度應(yīng)小于相應(yīng)零件斷面的長(zhǎng)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(shí)工藝補(bǔ)充面盡可能降低利于板料的流動(dòng)，但這要根據(jù)實(shí)際情況而定，例如在該零件中部凸臺(tái)的抬高反而有利于減少A處