高强度热成形钢板冷却速率-强度-硬度预测

基于高强度钢板热成形平板模具分区冷却试验获得了淬火过程阶段冷却速度对机械强度-硬度的影响规律。采用量纲分析法建立了热成形材料冷却速率-机械强度-硬度指数模型,并验证了该模型的有效性。通过编制用户子程序将该模型引入自主开发的KMAS_HF软件平台中,实现了对典型U形热成形产品淬火后强度硬度的数值仿真预测。结果表明:该模型对热成形高强度钢淬火后机械性能仿真预测具有较好的适用性,为实现梯度硬度复合热成形工艺优化及产品性能分析提供了一种新的仿真分析流程。     

基于连续介质损伤力学的高强度钢板热成形性数值预测

基于连续介质损伤力学模型,建立耦合损伤的热成形本构方程。将该本构方程引入到自主开发的金属成形有限元软件KMAS中,从而可对高强度钢板在热成形过程中的损伤演化及成形性能进行预测。本构方程中与温度及应变率相关的损伤参数控制着热成形过程中的损伤演化,对成形性数值预测具有重要的意义。为标定本构方程中的损伤参数,进行不同温度及应变率下的等温热拉伸试验,并对拉伸过程进行数值模拟,通过优化对比数值计算和试验所得的力-位移曲线,获得了不同温度及应变率下的损伤参数。随后将损伤参数引入KMAS中,对一款典型汽车B柱在热成形过程的成形性进行数值预测,并与试验结果进行对比,结果证明了所建立耦合损伤本构方程的正确性。     

基于动力显式算法的热成形数值模拟预测

考虑金属热处理相变动力学模型,建立了适用于高强度钢板热成形的热、力、相变多场耦合本构方程。基于大变形动力显式有限元算法及上述多场耦合本构方程,建立了热成形动力显式有限元方程。并将板料相变潜热释放引入到热成形温度场分析过程中。在自主开发的商业化金属成形CAE软件KMAS(King Mesh Analysis System)基础上开发了热成形动力显式分析模块,可用于预测热成形过程中零件的厚度变化、温度变化、微观组织各相的体积分数以及硬度分布。随后采用该模块对一款汽车B柱的热成形过程及最终力学性能进行数值模拟预测,并与试验结果进行对比,对比的一致性证明了所建立的多场耦合本构方程及KMAS热成形动力显式分析模块的正确性。     

汽车B柱热成形试验与热力耦合仿真

热成形技术作为改善高强度钢板成形性及提高机械性能的先进制造技术,可在保证汽车被动安全性的前提下实现车身轻量化,具有重要的工业应用价值。本文基于典型汽车B柱热成形产品建立热力耦合有限元模型,对B柱热成形及淬火过程进行了数值模拟分析并与试验结果进行对比,从成形零件厚度分布、温度场及微观组织性能方面对其进行研究。结果表明:B柱产品中部拐角处厚度增加较大,尾部两侧成形壁厚减薄趋势较大,但都满足成形性要求;B柱降温速率大于27℃/s,可保证马氏体转变;成形后B柱的硬度可达450HV以上,抗拉强度可达1600MPa,微观组织为均匀的马氏体。成形后B柱各项性能均满足热成形技术规范要求。     

车用热成形先进高强度钢板样件的热胀形特征及成形性分析

通过高温热胀形特征分析,研究热冲压22MnB5合金在不同温度下的成形性,并利用Dynaform软件仿真验证。比较成形温度在800 ℃和700 ℃时样件的热胀形特征,结果表明,在800 ℃时成形,样件由于平面应变方向主应变过大,拉压应变区次应力为负值,造成拉伸破裂;在700 ℃下冲压成形的试件,各部分应变都处于安全区域,双向拉伸区域和拉伸-压缩复合区域的变形均匀,较前者成形性良好。另外,提出关于热成形先进高强度钢(Advanced high strength steel, AHSS)样件,其最佳成形温度不是现有文献报道的800～850 ℃的范围内,该结论为深入探索最佳成形温度、提高成形性提供了方向;建立成形前的快冷法(冷速不低于27 ℃/s),降温到目标温度700 ℃左右冲压成形。试验证明：通过该方法,样件的成形性明显改善,微观结构更为致密。     

高强度钢板热成形三维温度场数值模拟分析

基于三维温度场有限元理论,考虑高强度钢板实际热成形过程中板料和水冷模具的温度边界条件,开发了用于热成形的KMAS_HF(King mesh analysis system_Hot forming)温度场分析模块,其中分别采用壳体单元和三维四面体单元模拟板料和模具温度场,将板料相变潜热释放引入温度场分析过程中。以典型U型试件为例,对其热成形过程进行数值模拟分析,并与实际试验进行对比研究。结果表明:板料与三维实体模具温度变化的数值模拟结果与试验结果一致,该模块对于热成形温度场分析预测具有重要指导意义。