轎車橫梁的沖壓殘余應力測試

現(xiàn)代轎車后橋通常采用復合式后懸架焊接結構。后懸架中的橫梁的橫截面呈V型，是由6mm鋼板沖壓而成的，在V型底部有沖壓凹坑，可*性強化試驗表明，這種后橋在使用一段時間后，會在橫梁的凹坑附近產生垂直于橫梁軸線方向的裂紋。在產生裂紋的諸多因素中，由于殘余應力會降低材料的抗疲勞強度、抗應力脆斷與抗應力腐蝕等能力，因而，是值得重視的因素之一。研究橫梁的沖壓工藝對殘余應力的影響，對合理地設計橫梁的沖壓工藝，提高制造質量，延長其使用壽命具有重要的意義。

南京聚航科技有限公司采用盲孔法，對用兩種不同沖壓工藝沖壓成型的橫梁（一種凹坑沖壓的較深，稱為橫梁1；另一種凹坑沖壓的較淺，稱為橫梁2）中的沖壓殘余應力進行了測試、比較和分析。結果表明，沖壓會在橫梁中產生較大的殘余應力，具有較深凹坑的橫梁的沖壓工藝好于具有較淺凹坑的橫梁的沖壓工藝。

1、殘余應力測試裝置與方法

試驗使用JH系列殘余應力專用應變片，JHZK殘余應力鉆孔裝置，JH殘余應力測試儀，測試中采用盲孔法測量殘余應力，鉆孔直徑為1.5mm，孔深為2mm。

2、橫梁沖壓殘余應力測試結果

（1）釋放系數(shù)的測定

在橫梁所用的板材試件上粘貼5個殘余應力應變花，其中3個粘貼在試件的軸線上，用于測定釋放系數(shù)，另外2個對稱粘貼在時間的兩側，用于監(jiān)控加載，使試件產生單向拉伸。鉆孔前后分別將試件安裝到拉伸試驗機上，重復加載、測量3次，根據(jù)3個點的釋放應變根據(jù)公式求得釋放系數(shù)，取平均值，作為釋放系數(shù)的*終測定值。

研究表明，當用上述釋放系數(shù)計算出的s₁（或s₂）＞s_s/3(對于單向應力狀態(tài))、s₁（或s_s）＞s_s/2（對于雙向應力狀態(tài)）時，由于在釋放應變中含有塑性應變，因此，須對釋放系數(shù)進行修正，以消除塑性應變引起的測量誤差。根據(jù)所測定的釋放系數(shù)與文獻中的分級值，通過線性插值，可以得到釋放系數(shù)分級值。

（2）測點的布置

根據(jù)轎車的可*性強化試驗結果，橫梁中的裂紋發(fā)生在凹坑附近，裂紋面垂直于橫梁的軸線方向（x方向）。為了研究橫梁中的沖壓殘余應力在開裂處附近的分布情況，考慮到各測點之間應有間隔，利用結構的對稱性，分別在兩種橫梁外側凹坑四周布置了7個測點，其中測點①位于橫梁的V型底部。

（3）測試結果

鉆孔時，在測點四周會產生附加應變。沖壓在橫梁中會產生較大的殘余應力。兩種橫梁中的沖壓殘余應力分布與變化趨勢基本相同，s_xmax均發(fā)生在橫梁的V型底部，在裂紋產生處（x=0處），兩種橫梁中的沖壓殘余應力s_y和t_xy基本相等，而s_x相差較大，橫梁1的s_x=﹣85MPa，橫梁2的s_x=49MPa。

（4）殘余應力測試結論

沖壓會在橫梁中產生較大的殘余應力；在裂紋產生處，兩種橫梁中垂直于裂紋面的沖壓殘余應力相差較大，由于橫梁1處為壓應力，對*制裂紋的產生與擴展有利，因此，橫梁1的沖壓工藝比橫梁2的好，與轎車可*性強化試驗結果吻合。