商用车防护梁绕弯成形有限元模拟研究

梁策 王爱成 李义

摘 要：某型商用车防护梁采用高强钢带辊弯成型制得“日”字形截面型材，然后对一定长度型材两侧进行绕弯，以便安装在保险杠总成上。本文分析了防护梁绕弯成型的难点，设计了有芯碾压式绕弯装置，并对其进行有限元仿真模擬，改进后所生产的防护梁符合质量要求。

关键词：商用车防护梁;绕弯成形;数值模拟

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.021

1 概述

汽车前保险杠通常是车辆碰撞事故中首先接触到的部位，可以降低对人的伤害程度，同时减小对车辆的损坏。防护梁是汽车前保险杠最重要的组成部分，成形精度要求高，零件结构复杂，成形弧度和变形程度较大，极易出现断裂、起皱等缺陷。因此，汽车前保险杠防护梁的制造工艺对于提高汽车被动安全性具有重要的意义。

本文研究的高强钢“日”字形截面汽车防护梁，其制造工艺包括两个部分：第一，将高强钢带辊弯成形制成“日”字型截面型材;第二，将型材两端同时弯曲一定弧度，制得防护梁成品。

2 商用车防护梁绕弯成形有限元模拟研究

本文研究的防护梁材质是宝钢B700L大梁高强钢，采用美国MTS810进行拉伸测。

由辊弯机组制得的高强钢“日”字形截面型材，需要将两侧弯曲一定的弧度，最终制得防护梁。为了将实现这一工艺，对型材弯曲装置进行开发。

将“日”字形截面防护梁进行弯曲一定弧度，常用的方案就是绕弯。由于材料强度高，并且弯曲弧度小，为了消除弯曲过程中的断裂、褶皱等缺陷，设计适应型材内腔的柔性模芯，提供足够的支撑力。

利用有限元技术，对柔性模芯绕弯成形进行仿真研究。模型在ABAQUS/Explicit环境中运行，其中分析步时长0.01，质量缩放系数为100，忽略摩擦对模型的影响。

高强钢防护梁柔性模芯绕弯有限元仿真效果图如图1（a）所示，图中各部件的位置与实际绕弯成形机相似。型材绕弯后与实际对比图如图1（b）所示，从图中观察到褶皱与实际褶皱相似，并且型材弯曲内侧钢板有一定褶皱。模型有效地模拟了加工过程，并且仿真效果与实际相近，从而证明了仿真的有效性。

改变图1中柔性模芯活块的结构使其成为紧凑型柔性模芯。通过模型活块的设计，尝试将柔性模芯活块改为上大下小，使得加工成型后小块之间能够更紧密的贴合，有效抑制因为活动块设计问题或者拔出时的错位。这种设计使得型材的绕弯加工效果更好。示意图如图2所示。

从图中可以看出，在这种紧凑型柔性模芯的设计中，绕弯后芯块之间贴合紧凑，绕弯产生的褶皱基本可以消除。

3 结论

（1）柔性模芯芯块在绕弯后的位置更加稳定，消除了柔性模芯芯块错位、运动不规则等造成的缺陷，并且实际情况下，这样设计的柔性模芯更容易拔出。

（2）通过数值模拟结果研究，指导成形工艺开发，并且与实验结果进行对比，不断修改绕弯装置设计，生产应用效果较好。

参考文献：

[1]徐义，李落星，李光耀etal.型材弯曲工艺的现状及发展前景[J].塑性工程学报，2008，15（03）：61-70.

[2]胡平，刘志国，张永祥.轿车保险杠横梁热成形技术和数值模拟[J].模具制造，2011，11（04）：1-5.

[3]于长生，鲁世红，王静，柔性滚弯成形的技术方案设计[J].新技术新工艺，2006（03）：95-97.

基金项目：吉林省科技厅重点科技研发项目（20180201074GX）

作者简介：梁策（1987-），女，吉林长春人，博士，副教授，研究方向：材料加工工程。