高强钢板热力耦合冲压成形数值模拟北大核心

以热冲压成形中常用的简单工件U型件为研究对象,采用有限元分析软件进行数值模拟,通过建立U型件热力耦合冲压成形有限元模型,研究改变板料初始成形温度、成形速度和保压时间等对板料成形性能的影响机理。探讨热冲压成形过程中协同控制板料初始成形温度、成形速度和保压时间等关键工艺参数的变化,确定优化方案,得到符合生产实际需求的工件。     

高强钢板热力耦合冲压成形数值模拟

以热冲压成形中常用的简单工件U型件为研究对象,采用有限元分析软件进行数值模拟,通过建立U型件热力耦合冲压成形有限元模型,研究改变板料初始成形温度、成形速度和保压时间等对板料成形性能的影响机理。探讨热冲压成形过程中协同控制板料初始成形温度、成形速度和保压时间等关键工艺参数的变化,确定优化方案,得到符合生产实际需求的工件。     

22MnB5超高强钢热冲压成形工艺及试验

考虑材料的热物理性能参数、力学性能与温度的关系,利用ABAQUS软件建立了22MnB5超高强钢热冲压过程的热力耦合有限元模型,选用合适的热冲压工艺参数进行数值分析,得到了坯料热冲压成形的应力应变分布,并以板料初始温度为变量,研究不同初始温度对零件厚度分布、回弹及冷却速率的影响。进行了板料初始温度为900℃的22MnB5超高强钢热冲压试验,零件厚度分布及回弹量与模拟结果基本吻合,各区域淬火组织均为板条状马氏体,由于零件底部的淬火冷却速率较大,马氏体组织更加均匀细小。     

高强钢板U形件热冲压技术及有限元分析

高强钢板热冲压技术是解决其冷冲压缺陷的新型加工技术.建立了U形件的热冲压有限元模型,采用热力耦合分析方法得到了热冲压过程中板料的温度、厚度及应力的分布规律,并研究板料和模具的初始温度对热冲压后制件的温度及应力分布规律的影响.结果表明,U形件压边区域、圆角处温度下降较慢,中心区域和两侧壁温度下降很快;两侧壁和圆角处减薄较大;凸模圆角处应力最大,压边区域和底部中心区域应力值最小;模具初始温度不变,板料初始温度增加,冲压结束时制件的最低温度、应变最大值随之增加,厚度最小值、应力最大值随之减小;板料初始温度不变,模具初始温度增加,冲压结束时制件的最低温度、应变最大值随之增加,厚度最小值、应力最大值随之减小.     

非均匀温度场下变梯度特性热成形技术研究

传统的热成形工艺所得制件虽具有超高强度,但塑性通常较低,且成形件各部位的力学性能相同,综合力学性能不高,难以满足日益增加的变梯度特性热成形制件的需求。对变梯度热成形技术进行较为深入的研究。利用有限元法分析非均匀温度场下板料热冲压过程,并通过试验揭示非均匀温度场下热成形过程中微观组织的演变规律及其对材料性能渐变性的影响。利用金属固态相变原理中不同的微观组织条件下成形件的力学性能不同,研究钢板热成形过程中板料初始非均匀温度场引起的板料微观组织分布状态,得到分别为铁素体、珠光体组织;铁素体、珠光体、马氏体混合组织;马氏体组织梯度渐变的微观组织形态。这种通过建立板料非均匀温度场达到材料微观组织渐变分布、性能梯度分布的工艺显著提高了成形件的综合力学性能,为深入探讨热成形技术提供了新的研究方向,扩宽了热成形制件的范畴。     

中厚高强度钢板热冲压冷却速率的研究

对中厚高强度钢板U形件进行创新型研究,通过对两种不同冷却系统的热冲压模具所得到的U形件进行冷却速率研究,发现带水浴池冷却系统模具得到的U形件平均冷却速率显著大于带冷却管道冷却系统模具得到的U形件的平均冷却速率、且U形件温差较小,很好地解决了中厚板料在热成形过程中因板料厚度大而平均冷却速率减小、板料淬火不均匀温差大影响热冲压件力学性能等问题,同时大大缩短了淬火时间,提高生产效率。     

基于仿真和试验的U形件热冲压模具冷却系统的验证

以22MnB5热成形钢为材料,基于类B柱零件U形件,研究热冲压模具冷却系统设计制造、工艺试验以及性能验证。基于传统经验公式,计算得到冷却水道尺寸以及相对位置等重要设计参数,并制造出热冲压模具;建立共轭传热仿真模型,实现U形件在设计模具内保压淬火过程的数值模拟,保压10 s后模具表面和成形件表面最高温度出现在侧壁,最高温度为388 K。利用开发的热冲压模具,开展U形件冷冲压后保压淬火试验,用热电偶记录的模具表面3个测量点温度分布情况与模拟结果吻合良好,用红外测温仪记录的不同保压时间下成形件表面温度变化情况与模拟结果吻合良好,验证了仿真模型的准确性。通过在成形件上截取拉伸试样进行力学性能测试验证冷却系统工作性能,基于传统经验设计方案的试样的抗拉强度达到1 504 MPa;微观分析结果显示在模具内保压淬火后成形件的金相组织为大量马氏体和极少量贝氏体的混合组织,说明冷却系统性能良好。     

应用模糊分析法汽车覆盖件加工过程参数优化

汽车车身覆盖件用冷轧钢板的成形性能与材料内部结构、力学性能等指标密切相关，当工艺技术参数相关稳定时，成形结果很大程度决定于自身的性能。根据汽车覆盖件的特点和使用要求，对钢板成形性能指标进行分析，采用模糊层次分析法来求取各评价指标值的权重，并且使用模糊综合评价获得材料的成形性能决策参数，作为汽车用钢新产品开发和性能评价的基本依据。利用DYNAFORM建立冲压仿真模型，对覆盖件加工过程进行仿真分析，获取合理的试验工艺参数。在此基础上，基于网格应变分析技术，进行胀形试验，对选取的汽车覆盖件冲压时工艺参数进行验证。结果可知：参数优化结果表明，当板料与凸模、压边圈、凹模的摩擦系数设置为0.025、0.125、0.125，压边力为120kN时，材料的成形结果较为理想；试验测试与仿真分析结果误差控制在3%以内，且临界区域保持一致，表明分析方法和结果的可靠性，为此类设计研究提供参考。     

凹模圆角半径对高强钢板热成形破裂行为影响的数值模拟

以汽车热成形件的典型特征结构——U形梁为研究对象,将高温破裂准则与数值模拟相结合,对BR1500HS钢板在热成形中的高温破裂现象进行了预测,分析了凹模圆角半径R对该钢板破裂行为的影响。结果表明:高强钢热成形破裂预测模型预测得到的破裂位置与试验结果吻合良好,凸模温度的预测值与实测值的相对误差在10%以内,该模型可靠性高;随着R增大,板料起裂时间延长;起裂均位于U形梁一端的侧壁,但起裂位置沿高度方向有差异;板料破裂均沿U形梁纵向扩展,R为2,6.5mm时在U形梁另一端侧壁处发生了二次破裂,破裂易发生在靠近较小半径模具圆角的U形梁侧壁。     

均匀设计和遗传算法在板料成形数值模拟中的应用

介绍了均匀设计和遗传算法各自的特点,分析它们在板料成形数值模拟中的应用,并以方盒件成形为例,以凸模的运动速度凸模和压边圈与板料的摩擦系数凹模与板料的摩擦系数为决策变量,进行均匀实验设计,以成形后的最大减薄率为目标,优化成形工艺参数,提高成形质量,取得了令人满意的效果。     

板料柔性拉边成形与压边成形方式的比较

柔性拉边成形是在已有冲压成形工艺的基础上结合柔性拉形原理诞生的一种新型板料柔性成形方法。用柔性拉边技术代替传统压边技术,可实现球形件、鞍形件、盒形件、非规则曲面件及带凸台曲面件等三维曲面件的柔性成形。探讨柔性拉边成形原理及工艺,建立柔性拉边成形过程的有限元模型;为验证柔性拉边成形工艺的可行性和通用性,建立鞍形件多点模具成形及带凸台曲面件整体模具成形过程的有限元模型,通过对比分析拉边成形和压边成形方式,研究不同成形方式对板料起皱拉裂缺陷、应力应变分布、流动及回弹情况的影响。结果表明:压边成形时,板料容易产生起皱、拉裂等缺陷,较难得到高质量的成形件;而在相同条件下,采用拉边成形方式所得成形件应力应变分布均匀、回弹小,拉边力抑制起皱、拉裂等缺陷的产生,同时板料流动更均匀。     

板料冷滚打成形鳞纹影响因素解析及试验研究

为更好地进行冷滚打工艺参数选择,减少成形件缺陷提高制件成形质量,针对高速冷滚打成形过程缺陷中比较常见的鳞纹缺陷进行研究。阐述了板料冷滚打成形的原理;分析了影响板料冷滚打成形以及板料冷滚打成形鳞纹缺陷产生的各种因素;对板料冷滚打鳞纹缺陷进行了理论解析,获得了鳞纹纵向波纹不平度与相关工艺参数之间的关系表达式;对工艺参数如进给量、滚打轮转速等对鳞纹纵向波纹不平度的影响进行了分析。在自行开发的冷滚打成形设备上进行了板料冷滚打成形试验,并对鳞纹高度进行了测量,验证了理论解析的正确性。     

AZ31B镁合金板材旋压成形工艺研究

采用摩擦旋压成形工艺,研究了AZ31B挤压板材供应态试样在不预热的条件下直接进行旋压成形的可行性。结果表明,摩擦升温效应能迅速将坯料温度提高到200～450℃,从而提高镁合金板料的塑性变形能力,可旋压成形出最小直径为31.5mm、高度为9.22mm的镁合金碟形件。实验发现旋压成形的旋轮轴向进给量、旋轮运动轨迹、坯料旋转速度和润滑剂等对镁合金板材的旋压成形有较大的影响。当旋轮采用梳形运动轨迹、轴向进给量为0.22mm、坯料转速ω=900r/min时,采用MoS2钙基脂润滑,可获得较好的旋压成形效果。     

BR1500HS高强钢板淬火工艺实验研究

以宝钢生产的热轧板BR1500HS为对象,利用加热炉及拉伸试验机等设备对其进行淬火性能实验研究。研究了该钢板在水冷、风冷及空冷条件下淬火后板料的抗拉强度和金相组织。同时,研究了该钢板从炉中取出到开始淬火这段时间板料的温度变化与时间的关系。对于高强钢热冲压成形工艺设计具有很重要的指导意义。     

盒形件无模充液拉深液压加载路径的研究

凹模型腔内的液体预胀形压力和工作压力是决定充液拉深过程中能否拉深出合格零件的重要工艺参数.通过采用Dynaform软件,对无模充液拉深盒形件工艺进行数字仿真,就液体压力参数对板料成形性能影响进行分析与研究.结果表明,合理地控制凹模型腔内液体加载路径和压力参数可以有效地提高板料的成形性能和成形件质量.并由液体压力所带来的摩擦保持效应可使成形件壁厚分布均匀,一次拉深的盒形件最大相对高度可达到4.25.     

T6态7075铝合金的温拉深成形研究

温热成形是铝合金板料成形的重要方法。通过改造后的极限拉深比试验与方形盒试验,研究了T6态的7075板料在不同温度下的等温以及非等温拉深性能,并通过对成形后材料强度进行单向拉深试验,分析了经过温成形后材料强度和硬度的变化。结果表明,T6态铝合金在140～220℃左右拉深性能最好,且成形后可以保持足够的强度和硬度,所以最佳的温拉深成形温度为140～220℃。     

方盒形件分区压边方式拉深压边力的数值模拟

板料拉深成形是冲压生产中的一种少、无切削的先进加工方法,拉深成形的重要工艺参数之一是压边力,是保证零件成形质量的关键.根据方盒形件的拉深成形特点,将压边圈设计为直边区域、法兰转角区域及直边与转角交界区域的十六块分区压边方式,并对分区压边圈在不同压边力加载模式下进行了模拟分析.分析结果表明:对于方盒形件的拉深,将压边圈设计为适当的分区结构、各分区压边圈采取合理的变压边力加载模式可以充分改善板料的成形性能、达到抑制板料起皱和延缓破裂以及提高板料拉深成形质量.     

多点数字化拉形成形性能的数值模拟分析

以鞍形曲面蒙皮件为例,对多点数字化拉形过程进行了数值模拟分析.通过模拟所得到的最佳水平预拉力与实际拉形工艺中通过经验公式确定的值相符,验证了算法的准确性.从材料、板厚、曲面形状和变形程度等方面入手分析多点数字化拉形的成形性能,结果表明:随着板料厚度减小、变形程度增大,板料起皱的趋势增大,并且不同的曲面形状及材料对板料的成形结果都有影响.同时给出了临界变形量极限图.研究结果为多点数字化拉形技术的实用化提供了重要依据.     

板材初始温度对22MnB5钢热冲压成形过程中细观损伤影响的数值研究

基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)细观损伤模型,建立三维U形件的热冲压成形有限元模型,研究在不同的加工环境温度下,22MnB5钢板材在热冲压成形过程中的形变和细观损伤演化行为,以及不同高温下板材热冲压成形后的损伤分布和等效塑性应变分布。结果表明,升高板材的初始温度,凸模的支反力会有所减小,但板材的细观损伤会明显增大。     

一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件摆辗成形数值模拟及实验研究

为了研究摆辗成形工艺对一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件力学性能的影响,对初始高径比分别为0.4、0.8和1.2的坯料摆辗成形进行数值模拟和实验研究。通过有限元法模拟摆辗成形过程中坯料的金属流动、等效应变分布和温度分布,并在此基础上进行摆辗成形实验,分别测试杯形件底盘弦向和径向的强度。有限元研究发现,与摆头接触的变形区域网格畸变量大,并且变形过程热效应明显。研究结果表明,当坯料高径比为0.8时,杯形件的底盘弦向强度可达到507MPa,比母材提高了64.4%;摆辗成形可以提高该新型Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件的底盘强度,同时初始坯料的高径比对杯形件底盘的强度分布影响较大。