热冲压成形过程细观损伤演化机理研究

基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)细观损伤模型,扩展其在平面应力、壳单元问题中的应力更新数值算法,研究高强度硼钢热冲压成形过程中板材内部的损伤演化行为。采用响应曲面中心复合试验设计和遗传优化算法,系统地阐述高温下GTN损伤参数的识别方法并获取了热成形高强度硼钢22Mn B5在高温下(600~800℃)的损伤特征参数(0,,,N Ff f f fc)。对耦合损伤的高强度钢板NAKJIMA凸模胀形热冲压过程进行有限元仿真预测,并与试验结果进行对比分析。结果表明:运用响应曲面法确定热冲压高温板材损伤参数的方法是可行的,同时采用GTN损伤模型可以准确模拟高强度钢板热冲压过程中的开裂行为。     

不同硬化模型对铝合金板冲压成形模拟结果的影响

研究不同塑性变形硬化模型对汽车5182-O铝合金板材冲压成形模拟结果的影响。采用材料单向拉伸试验得到应力应变关系曲线,基于Hollomom、Krupskowsky与Power方程对曲线进行拟合,建立材料室温下塑性变形硬化模型,对厚度为1.5 mm和0.85 mm的5182板材进行冲压试验和有限元模拟分析,对比分析冲压试验与模拟结果。试验与模拟结果显示,当板料厚度为1.5 mm时,板料冲压试验的成形力最大为42.95 kN,板料拉深深度为30.58 mm,基于Power方程计算得到的最大成形力为41.5kN与试验结果比较接近,Hollomom方程计算得到的拉深深度为30.546 mm,板材成形厚度分布与试验结果比较接近;当板料厚度为0.85 mm时,板料冲压试验的成形力最大为34.47kN,板料拉深深度为33.792 mm,基于Power方程计算得到的最大成形力为34.27 kN与试验结果比较接近,Hollomom方程计算得到的拉深深度为33.636 mm,板材成形厚度分布与试验结果比较接近。基于三种硬化模型铝合金冲压成形过程的计算模拟分析结果,并通过与试验对比得到不同硬化模型对铝合金板材冲压成形计算模拟的影响,进一步为汽车铝合金覆盖件在成形工艺的研究分析提供理论指导。     

镁合金板材温热冲压过程的各向异性损伤与失效分析

以连续损伤力学理论为基础,采用有限元数值模拟与试验结果进行对比的方法对镁合金板材的温热冲压成形中材料的损伤破坏情况进行预测。通过将各向异性屈服准则与各向异性损伤理论编入商业有限元软件ABAQUS的用户材料子程序VUMAT,模拟得到镁合金板材冲压成形过程中损伤量的演化规律。以冲压手机壳为例,针对板材的特性,提出将各向异性损伤张量转化为壳单元局部坐标系内损伤矢量的方法,有效表达不同区域失效情况。数值模拟结果表明,板材在不同温度下预测的断裂与失效结果与实际板材冲压试验的结果一致。因此,采用的各向异性损伤计算方法可以有效预测冲压过程中镁合金板材因各向异性损伤导致断裂失效的现象。     

超高强钢构件热冲压成形技术与应用

热冲压能够显著提升超高强钢板材成形性能、减小变形抗力和回弹,是实现汽车轻量化和关键性能提升的重要途径。近年来超高强钢热冲压技术发展迅猛,市场需求巨大,新型热冲压工艺装备随之成为相关制造领域的研究热点。本文首先从形变规律与本构模型、相变规律与相变模型、损伤断裂行为与判定准则等方面综述了超高强钢构件热力耦合形变-相变机理;其次,对传统热冲压、高强韧等强度热冲压、变强度热冲压等热冲压成形工艺进行了详细阐述和分析。然后,结合热冲压工艺特点和实际生产需求,介绍了伺服压力机、热冲压模具、加热设备及生产线等最新发展;最后,针对双碳战略、人工智能等国内外形势,对超高强钢热冲压产业需求和发展趋势进行了展望。     

铝合金磁脉冲辅助板材冲压技术研究进展

铝合金板材室温下的成形性较差,但在高速变形条件下成形极限大幅提高。为了促进铝合金板材在汽车制造、航空航天及3G领域的应用,需要开发先进的板材成形技术。磁脉冲辅助板材冲压成形技术（EMAS）通过在普通冲压模具中嵌入线圈,能有效控制和改善变形板料的应变分布。针对这些问题,重点介绍和讨论了EMAS技术的国内外研发现状,阐明了开展该技术研究的必要性和重要意义。     

金属板材热辅助塑性成形理论研究

<正>近几年来,在金属板材冲压成形工艺中辅以热处理工艺发展出一些新的成形工艺(即热辅助成形工艺),不但能提高金属板材的成形能力,还能够可控地改善成形后零件的使用性能,是实现对零件成形过程中的"控性"的一个重要途径。然而,目前还没有系统完善的金属板材热辅助塑性成形理论体系用于支撑该项技术的发展和应用。本文以硼钢板热冲压成形以及镁合金板pre-form annealing(PFA)成形等两种热辅助成形工艺为背景(国家自然科学基金项目No.51075307),研究并构建了金属板材热辅助塑性成形理论体系框架,围绕金属板材热辅助塑性成形理论体系中的关键理论问题,对两种热辅助成形过程中涉及的力学行为及成形极限进行理论研究,并研究热机械处理及(或)形变后热处理对     

装载机覆盖件热冲压成形传热与淬火冷却速度研究

回弹和变形是影响高强度装载机覆盖件冲压成形形状精度的主要因素,通过22MnB5合金板热冲压成形实验,考察了热冲压成形的传热特征,推导出的热冲压成形传热数学模型的基本方程,提出热冲压成形模具冷却系统设计相关技术问题.研究表明,当冷却速度达到或超过临界冷却速度,才能使奥氏体直接转变为均匀马氏体;在模具结构、冷却系统、冷却介质等因素确定的情况下,冷却速度只与板材自身条件有关,可以通过控制最佳水流速度实现对最佳冷却速度的控制,达到减少和消除热冲压成形中变形和回弹等缺陷,提高装载机覆盖件热冲压成形质量.     

复合变形路径下的板材冲压成形极限应变(Ⅰ)——冲压成形极限应变的立论与解析

从4个方面就变形路径对成形极限图影响的研究现状进行综述,并进一步论述了复杂变形路径和单一变形路径的概念,以及基于Hill'48屈服准则的塑性应变几何关系.为了在任意复杂变形路径下计算冲压板材的失稳极限应变,提出"任意复杂变形路径均可简化为线性复合变形路径"、"板材的冲压成形能力亦即板材允许的极限厚度应变",以及"板材在线性复合变形路径下的冲压成形能力取决于其最终变形路径的应变比值"等3个工程简化假设,并对它们进行立论和诠释.同时基于这些假设,在板材承受线性复合变形路径和前后变形路径的应变主轴发生转动的条件下,解析和推导出计算冲压成形极限应变的理论公式.利用这些简化假设和理论公式,可以在任意复杂变形路径下计算板材的冲压成形极限应变并绘制其冲压成形极限图.     

基于GTN细观损伤模型的激光拼焊板成形极限预测

建立了从细观损伤角度预测拼焊板成形极限的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型,用有限元逆向法确定了损伤模型中的各损伤参数。采用有限元软件ABAQUS耦合基于Mises屈服准则的弹塑性GTN损伤模型,对拼焊板半球凸模胀形过程进行了数值模拟。设计了拼焊板半球凸模胀形物理试验,试验过程中通过改变试件的宽度得到了不同应变状态下完整的拼焊板成形极限图,并与GTN细观损伤模型预测到的拼焊板成形极限图进行对比分析,验证了GTN细观损伤模型预测拼焊板成形极限图的准确性。     

方盒形件拉深成形无网格法模拟

针对板材冲压成形有限元模拟存在的不足,采用一种新的数值方法——无网格法对方盒形件拉深成形进行数值模拟研究。建立基于无网格法的板材冲压成形力学控制方程。采用材料形函数避免影响域和形函数的频繁更新。通过改造无网格形函数获得动可容形函数,该形函数具有插值性,通过对全域内的节点形函数进行重新构造,可精确施加复杂问题的本征边界条件。利用模具上分布的节点建立矩阵,利用矩阵的特性可实现接触搜索。在此基础上,为提高接触搜索效率,提出建立稀疏"矩阵"数据结构加快接触搜索。编写板材冲压成形无网格模拟程序,实现方盒形件拉深成形无网格法模拟。通过盒形件冲压成形无网格数值模拟考察压边力对盒形件冲压成形过程的影响,获得厚度分布和应力应变分布,通过数值模拟结果与试验结果的比较,表明采用无网格法模拟板材冲压成形是有效的。     

汽车零部件热成形极限裕度云图的构建与应用

在热冲压工艺中,热冲压钢板处于高温状态,不同位置温度分布有明显差异,传统方法难以评价冲压件的成形性,考虑温度的三维成形极限图能有效评价热冲压件的成形性能,但无法判断热冲压件的安全裕度。针对上述问题,在考虑温度的三维成形极限图的基础上,首先提出了成形裕度的计算方法;然后结合数值模拟和理论分析手段,构建了适用于评价高强钢板热冲压的安全裕度云图;最后对某汽车B柱热冲压不同工艺过程进行了仿真分析,并与试验进行了对比。结果表明,在不同工艺参数和板料尺寸下,构建的裕度云图均能有效预测高强钢板热冲压件的开裂部位和程度。     

焊缝形式对拼焊板性能影响的研究

研究焊缝形式对拼焊板的性能和成形性的影响,利用ABAQUS有限元软件仿真和进行单向拉伸试验对激光拼焊板强度、综合延伸率进行分析、验证,对拼焊板基板板材、焊缝及其焊缝热影响区进行金相学和硬度研究,运用Dynaform有限元软件对其冲压成形极限进行仿真并进行冲压试验来验证焊缝对拼焊板成形性的影响。试验结果表明,对于同质同厚不同焊缝形式的拼焊板板材拉伸断裂均发生母材处,且折线焊缝拼焊板比其直线和圆弧焊缝形式拼焊板的抗拉强度都高,抗拉强度最高的为θ=20°的折线焊缝形式。焊缝处的硬度增加导致延伸率明显低于基板板材,不同焊缝形式的冲压成形极限普遍低于基板板材,且对比相同焊缝形式不同厚度的拼焊板,厚度越大的成形极限越高。对于有焊缝的板材中,板材材料厚度1mm且焊缝形式为θ=20°折线焊缝时成形极限最大。     

7A52铝合金装甲材料冲压成形性能研究

通过拉伸成形试验研究了7A52铝合金板材的基本冲压性能,并以2种典型零件为研究对象,通过实物冲压,分析了铝合金板材的冲压成形性能。结果表明,7A52铝合金板材的冲压成形性能良好,采取的工艺措施和确定的冲压工艺参数合理,为装甲铝合金板材冲压成形工艺的制定提供了参考依据。     

基于ANSYS/LS-DYNA的板材多点成形中回弹的数值模拟

利用有限元软件LS-DYNA对板材冲压成形的回弹进行数值模拟,采用动态显式算法模拟板材成形过程,隐式算法模拟卸载回弹过程;对于不同曲率半径、不同屈服强度的圆柱面成形件进行数值模拟,分析得出回弹趋势和回弹分布,这些结果对于减小因回弹带来的误差、提高成形件的成形精度具有十分重要的现实意义。     

汽车车身铝合金板材热冲压模内淬火工艺技术

热冲压成形及模内淬火工艺(HFO)是一种针对于复杂冲压形状的高强度铝合金板材的先进生产工艺方法,可以提升高强度铝合金板材的冲压性能,同时又避免了热成形后的材料性能严重下降,可大规模提升铝材料的应用在轻量化车身中所占比重,对于汽车轻量化开发具有很重要的研发价值。对HFQ工艺流程、在汽车上的应用以及目前的研发进展进行了系统的介绍。     

2013塑性工程分会年会暨第5届全球华人塑性技术交流会征文通知

(1)征文范围变形机制:塑性理论,结构模型,形变模拟,缺陷和损伤;过程:模拟和设计,监测和控制;金属体积成形:锻造,轧制,挤压,拉制…;板材金属加工:剪切,弯曲,拉伸成形,深拉伸,冲压,逐段成形,板材和管材的液压成形,激光成形;半固态成形,特种成形(楔横轧、辊锻、摆动碾压),旋压成形;设备及辅助设备:模拟,设计,制造,监测和控制;模具     

基于Gissmo失效模型的6016铝合金板材断裂行为研究及应用

准确预测金属板材在成形过程中的失效行为是当前面临的挑战。许多试验表明,金属材料的断裂失效行为伴随着强烈的应变路径依赖性。Gissmo失效模型采用非线性方式计算损伤积累,考虑材料的应力状态对断裂失效应变临界值的影响,适用于预测金属材料在不同应力状态下的断裂行为。以汽车用6016铝合金板材为研究对象,设计六种反映材料不同应力状态的试样,通过试验结合有限元仿真对标的方法,校准Gissmo失效模型中的参数。将Gissmo失效模型用于预测铝合金板材汽车发动机罩内板在冲压过程的断裂失效问题,并对数值模型计算结果进行试验验证。结果表明,与传统成形极限图相比,Gissmo失效模型的计算结果与试验结果更加吻合,铝合金汽车发动机罩内板样件均未出现裂纹区域,表明Gissmo失效模型适合用于准确预测6016铝合金板材的断裂行为。     

B1500HS硼钢800℃冲压界面粉末润滑特性研究

高强钢热冲压成形件由于其高比强度广泛应用于汽车零部件制造,但高温冲压成形界面的摩擦磨损非常严重,对产品质量有着重要影响。以石墨、氮化硼粉末为固体润滑剂,在800℃高温下对硼钢B1500HS进行了冲压成形实验,结合干摩擦和润滑条件下的成形件表面宏微观形貌的对比分析,对热冲压界面粉末润滑机制进行了研究。结果表明:使用这两种润滑剂均可以有效地提高B1500HS钢成形件表面质量,冲压后润滑膜会均匀或离散地附着于成行件表面;六方氮化硼润滑效果较石墨更高效,并在一定程度上抑制热冲压件表面的氧化;热作模具的加载作用会使粉末润滑层产生滑移,润滑膜延展,从而提高成形件表面质量。     

汽车侧门防撞杆热冲压有限元仿真分析

建立了防撞杆热冲压的力学模型和有限元分析模型,时整个热冲压成形过程进行有限元数值模拟,分析了压边力、摩擦系数等工艺参数对热冲压模拟的影响,得到了相关部件的应力、应变以及温度场分布规律.     

车门防撞梁热成形工艺优化仿真与试验

基于DYNAFORM软件热冲压模块,研究了由B1500HS钢制成的某型轿车车门防撞梁热成形过程。通过引入H13模具钢热物性参数,并将相变潜热因素考虑在内,利用多步差分法得到了温度场单元体变分公式;依据车门防撞梁结构特征进行工艺分析,建立了车门防撞梁的两种热力相耦合模型。通过对比分析两种方案下整体及典型M形截面应力场、温度场和厚度分布结果发现：带压料板式方案所得产品热成形及淬火后应力场、温度场及厚度分布均匀,更适合热冲压成形。最后依据压料板式方案进行了成形试制,得到车门防撞梁的显微组织均为马氏体,底部与顶部的马氏体板条更为细小,维氏硬度超过450HV,符合热冲压零件性能标准。