都说薄板成形开裂风险高，用好极限减薄率计算是关键

根据成形极限曲线可知，板料平⾯应变区的极限应变低，开裂风险⾼。为此，作者分析了平⾯应变区极限减薄率的计算⽅法，提出在模具设计前期仿真分析时，采⽤极限减薄率，以提⾼开裂判断的准确性，保证仿真与现场的⼀致性，提⾼试模效率。现场实际案例验证了该⽅法的有效性。

汽车覆盖件尺⼨⼤、形状复杂，成形过程涉及⼏何⾮线性、材料⾮线性和接触⾮线性等问题，影响因素很多，很难进⾏准确判定。随着CAE技术的发展，冲压成形过程数值模拟技术得到了⼴泛的应⽤，⾰新了冲压⼯艺和模具设计⽅法，使得模具设计前期能够预测零件成形状态，提⾼模具设计效率。

虽然数值模拟技术能够在冲压前期预测零件成形的状态，但模拟与实际往往存在偏差，如何提⾼模拟与现场的⼀致性是亟待解决的课题。冷轧薄板在成形中主要有平⾯应变、轴向拉伸、轴向压缩、胀形等应变状态，每个应变状态的开裂条件并不相同。

在仿真分析时，通常根据成形极限图定性判断及减薄率定量判断零件成形时是否出现开裂和起皱缺陷。但⼀般情况下，企业都⽤⼀个固定的减薄率标准作为评判零件开裂的定量条件。在这些应变状态中，平⾯应变状态最为危险，其减薄率判断标准应更严格，⽽⽤固定减薄率标准往往会产⽣误判，在仿真分析中，应当对平⾯应变区域的减薄率进⾏专门的判断。

现研究平⾯应变状态下极限减薄率的计算⽅法，以此为依据预测板料成形过程中危险区域的状态，提⾼模拟与现场的⼀致性。平⾯应变1

薄板成形过程应变状态主要有平⾯应变、轴向拉伸、轴向压缩、胀形、纯剪切等，如图1所⽰。其中平⾯应变区域次应变为0，即ξ 2=0，图1中粗实线所⽰区域。

图1 薄板成形应变状态

图2 ⽹格变形结果

平⾯应变区次应变为0，⽹格变形如图2所⽰，只有长度和厚度⽅向的变化，宽度⽅向上⽆变化。主应变的⼤⼩与厚度⽅向的应变⼤⼩相同，⽅向相反，该区域应变路径最短，最易发⽣开裂，如图3所⽰。

图3 应变路径

从以上分析可知，平⾯应变区域是成形过程中开裂风险最⾼的区域，应通过成形极限图和极限减薄率相结合的⽅法判断是否开裂。

图4 零件平⾯应变区域

图5 灰⾊区域有开裂风险

在汽车覆盖件中，零件的侧壁在成形过程中属于平⾯应变区域，如侧围内板轮罩侧壁、三⾓窗侧壁等，如图4中椭圆所⽰，从零件成形性能上看，该区域成形极限图为灰⾊，有开裂风险，如图5所⽰，但减薄率却并未达到开裂标准，这种情况下容易产⽣误判，造成试模时零件开裂，增加调试难度。

计算材料平⾯应变区域的极限减薄率，可以在前期仿真阶段更为准确地判断零件的开裂风险，提⾼后期试模效率。极限减薄率计算2

汽车覆盖件冲压成形主要⽤的材料是钢板和铝板，针对这2种材料计算平⾯应变区域的极限减薄率。01 钢板

以常⽤的0.65mm厚的普通低碳钢材料为例，根据钢板成形极限图中平⾯应变区域开裂最低位置对应的主应变，应⽤塑性变形体积不变原理，得到该位置对应的厚度⽅向应变，再根据真实应变和⼯程应变的关系，得出钢板平⾯应变区域的极限减薄率。ε1+ε2+ε3=0 （1）ε=ln（1+δ） （2）

式（1）是塑性变形体积不变原理，3个⽅向的应变之和等于0；式（2）是⼯程应变和真实应变的关系，其中ε是真实应变，δ是⼯程应变。在实际应⽤中，主应变是真实应变，减薄率是⼯程应变。图6中平⾯应变区域对应的主应变是0.26，由式（1）可知，ε3=-ε1=-0.26，运⽤式（2），δ=-0.23，得到该材料平⾯应变区域的极限减薄率是-0.23，安全减薄率的值应该⼩于0.23。

图6 钢板成形极限图02 铝板

图7 铝板成形极限图

以常⽤的1.1mm厚的5000系铝板材料为例，根据图7所⽰铝板成形极限图，其平⾯应变区域对应的主应变是0.169，运⽤式（1）和式（2），可得到铝板平⾯应变区域的极限减薄率为-0.155，安全减薄率的值应该⼩于0.155。案例分析3

图8 某项⽬铝板前盖开裂

某项⽬铝板前盖内板如图8所⽰，侧壁处的应变状态是平⾯应变，在前期仿真分析时，该区域的减薄率是-0.155左右，没有超出铝板的减薄率标准，但在后期试模时该处发⽣开裂。在仿真分析中降低该处拉深筋阻⼒，控制该处的减薄率在极限减薄率以下。现场整改后，零件开裂问题解决，实际零件如图9所⽰。

图9 整改后零件状态

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▍内容来源：《模具⼯业》2017年第3期