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汽车纵梁冲压回弹的分析研究！

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摘要：载重汽车车架纵梁是汽车最重要的承载部件之一，纵梁在

压弯过程中，由于所用钢板强度较高，制件很长，冲压成形卸载后发

生的U型截面侧壁的外扩和内缩（横向回弹）、U型截面的扭转以及

纵向端头翘曲（纵向回弹）等问题，造成车架铆接后，整体形位尺寸

超差，车架的对角线尺寸超差。这些超差严重影响了生产效率和汽车

的整车可靠性。为消除以上问题，保证汽车装配的顺利进行，提高产

品品质、提高产品的可靠性，针对上述问题利用DYNAFORM数值模

拟软件进行了研究分析，找出了纵梁的回弹规律，并根据计算结果提

出了模具改进方案。

关键词：纵梁；回弹；翘曲；有限元分析；数值模拟

前

随着我国汽车工业和模具制造业的飞速发展，数字化、自动化、

高效化已成为21世纪工业制造业的发展趋势。汽车模具

CAD/CAE/CAM技术是当今国际上用于解决汽车车身模具关键问题的

高新技术。

目前，发达国家十分重视结合本国实际独立自主地开发自己的3C

技术，而我国汽车覆盖件和模具工业与国外的最大差距就在于此。中

国汽车工业要想在未来瞬息万变、竞争激烈的国际市场中处于有利的

地位，就必须具备车型的系统化开发能力与现代化设计和制造手段，

其中关键部分之一就是模具设计及其工艺设计与分析。在模具设计与

工艺设计与分析过程中，回弹问题是到目前为止还未得到解决的世界

难题。它对于拉延模、翻边模以及切边模的型面设计与模具制造以及

产品件能否保证尺寸精度和成形品质，直至对整车的品质都有重要影

响。由于大型冲压件形状复杂，难于事先确定其回弹量和坯料形状，

往往需要花费大量时间进行反复实验，致使模具调试时间长，加工品

质低，制模成本高，且要耗费大量的人力、物力。而对板材成形回弹

和坯料形状等进行数值模拟研究，不仅具有理论价值，而且具有重要

的实际意义。

1、纵梁回弹缺陷及产生机理

汽车纵梁是重要的承载部件，它是由两个简单U型截面的内外板

组装而成。通常将其内板称为加强板，将其外板称为纵梁。纵梁弯曲

成形后由于发生回弹变形引起的主要缺陷：图1(a)U型截面侧壁的内

缩或外张；图1(b)U型截面的扭曲；图1(c)沿纵梁轴向翘曲。

这种缺陷将给纵梁的装配造成很大困难，因此，对纵梁产品品质

的最大要求是制件尺寸精度问题。汽车纵梁板厚一般为7mm左右，材

料为16MnL钢。通常采用落料冲孔和压弯成形两道工序。由于材料强

度很高，成形后翼面具有强烈的向外翘曲现象。虽然制件每个横截面

都是U型弯曲，但由于沿制件纵向轮廓有很大的改变，造成制件各个

部位变形不均匀，致使冲压成形后产生纵向翘曲和翼面翘曲问题的出

现。

2、数字模拟分析的基本理论

板料成形是在模具各部件（主要是凸模、凹模和压料板）的共同

作用下完成的，板料发生大变形的变形能来自强迫模具部件运动的外

力，而能量的传递及消耗完全靠模具与板料的接触和摩擦。因此，对

于成形过程的模拟，接触算法的理论和精度决定了软件程序的可靠性，

而且由于板料的位移和变形很大，用来模拟板料的单元类型应考虑这

一特点。在板料成形分析中，一般地将材料作为连续介质处理。

a)连续介质的运动与变形：连续介质力学研究物体的宏观力学行

为。连续介质力学中的规律分成两部分：1）运动基本规律：它适用于

一切物体，无论是由什么材料构成；2)本构规律：它描述材料内力与

运动的关系。根据连续力学理论，可以把材料成形问题抽象为一个微

分方程（组）的边值问题。采用有限元法或有限差分法对这个边值问

题进行数值计算，可以求成形过程中制件和模具的位移场、应力场、

应变场等，预测成形过程中可能出现的缺陷。考虑在一固定笛卡尔坐

标系内的物体，在某种外力的作用下连