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14
.试验与研究·
焊接技术
第
41
卷第
4
期
2012
年
4
月
文章编号
:1002
一
025X(20
12)04-00 14-04
点焊拼接板扩孔的数值模拟
宛琼李付国
2
方勇
2
(1.河南科技大学材料科学与工程学院,河南洛阳
471003;
2.
西北工业大学材料科学与工程学院,陕西西安
710072)
摘要:采用
MSC.Dytran
对点焊拼接板的扩孔变形进行数位模拟。模拟结果表明:内缘翻边时,焊点的存在使得内缘周围的变形分布极
不均匀,在有焊点分布的方向上,材料的应变分布梯度较大,而较高的应变区则沿焊点两侧分布。点焊拼接板扩.Jl..内缘周围最大主应
变的不均匀分布程度主要受变形程度和焊点位置两个因素的影响。
关键词:点焊拼接板:扩孔;有限元模拟;应变分布
中图分类号:
T
G4
53
文献标志码
A
。
概述
拼焊板是近年来车身冲压领域大量应用的新型材
料。在车身冲压零件制造中,冲压成形的毛坯由多块
较小的板料焊接而成,采用拼焊板不但可以提高冲压
加工材料的利用率(高于传统方法)
,而且还可以获
得整体成形时的精度优势
同时可根据零件各部位的
形状和功能在冲压毛坯上实现冲压材料等级、材料强
度和抗腐蚀性等功能的优化配置。
点焊拼接板是一种高效率、低成本的拼焊板,在
大批量生产时可以采用多点焊工艺提高点焊生产效
率。在产品结构条件允许的情况下,应用点焊拼接板
将主体零件和加强板同时冲压
不但可以极大地改善
零部件的匹配状态,节省加强类零件的人工和模具费
用,而且还能将部分焊接工序提前到冲压工序前,使
得原本需要在复杂结构下的点焊工作简化为平板毛坯
的点焊,因此能达到简化焊接工序的目的,并能有效
地降低焊接夹辅具的复杂程度,提高焊接生产的效率。
由于使用拼焊板制造车身冲压零件将获得较显著
的经济效益,而且还可以有效地提高车身的制造精
度,因此,针对各类拼焊板冲压工艺方法的研究已成
为汽车制造业在金属薄板成形技术方面的研究热点。
1
有限元模拟
本文采用
MSC.Dytran
对点焊拼接板的扩孔变形
收稿日期
2011
一
11-01
进行有限元模拟。图
la
所示的是完整的点焊拼接板
扩孔变形的有限元模型
其中
模具单元的模型为四
边形板壳单元
CQUAD4
,如图
lb
所示。拼焊板由双
层板和焊点组成,双层板由
CQUAD4
单元构成,如
图
lc
所示。焊点模型采用轮辐模型,由三部分组成,
上、下两部分为三角形板壳单元
CTRIA3
,将上、下
两部分连接起来的中间部分是梁单元
CBAR
,如图
ld
所示。
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将
图
1
点焊拼接板的网格模型
模具材料和焊点模型中的三角形壳单元及梁单元
均定义为刚体材料。母材定义为各向同性弹塑性材
料,采用幕指数强化模型,流动应力的表达式为
σ=
Ke
n
,
具体数值见表
10
表
1
板材事指数强化模型参数
板材厚
/mm
K/(kPa)
0.8
1.
2
507523
523746
n
0.23
0.21
Welding Technology
Vo
1.
41
No
.4
Ap
r.
2012
·试验与研究.
15
2
模拟结果
用厚度为1.
2
mm
的单层板和厚度为(
0.8/
1.
2)
mm
的点焊拼接板对比研究点焊拼接板扩孔时的场变
量分布,并分析焊点位置对点焊拼接板扩孔(内缘翻
边)性能的影响,焊点距扩孔中心的距离分别为
15
mm
和
20mm
,模拟试样的网格图如图
2
所示。
( a
)吁'.)斗饭
(b)
.'.'J:N.
.fì
H
主板
(
C'
)
lJj
'iJJH
主饭
图
2
扩孔试样网格图
图
3
为用等高线表示的扩孔时试样变形的最大主
应变
(EPSMX)
分布,图中按凸模行程将扩孔过程
的
4
个状态分别表示了出来
并将计算结果投影到
0.1
倍的变形网格上,形成等值线图。比较单层板和
点焊拼接板后可以看出,由于焊点的存在,使得孔内
缘周围的最大主应变分布极不均匀,在有焊点分布的
方向上,材料的最大主应变分布梯度较大,较高应变
区沿焊点的两侧分布。点焊拼接板扩孔内缘周围最大
主应变的不均匀分布程度主要受
2
个因素影响:一个
是凸模行程,也就是变形程度,变形程度越大,等效
应变的不均匀度就越大;另一个因素是焊点的位置,
焊点到扩孔内缘的距离越近 不均匀的程度就会对应
加剧。
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单层板,厚度为
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