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。
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。
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。
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
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。
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
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