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。     

基于DYNAFORM的22MnB5钢热成形工艺数值模拟研究

利用有限元分析软件ETA/DYNAFORM对22Mn B5材料的U形件进行热成形模拟研究。在影响U形件热成形性能的各参数中,主要研究了板料初始温度和摩擦系数:板料初始温度水平为800℃、850℃、900℃、950℃四种;摩擦系数水平为0.1、0.125、0.15、0.2四种。对比FLD(Forming Limit Diagram)成形极限图,结果表明,在板料初始温度为900℃、摩擦系数为0.125时,U形件的成形性能最好。对比冷、热成形工艺,热成形后INSUFFICIENT STRETCH区域比冷成形后的小,因此热成形工艺成形的U形件成形性能更好。     

22MnB5钢制轿车后桥横梁热冲压成形的有限元模拟

通过Deform有限元分析软件对3.8mm厚22MnB5钢制轿车后桥横梁的热冲压成形过程进行了模拟,分析了合模保压过程中板料的温度变化;对22MnB5钢制后桥横梁进行了热冲压成形试验,测试了热冲压过程中板料的温度变化,并与有限元模拟结果进行了对比分析,研究了成形后横梁的显微组织和硬度。结果表明:在热冲压成形过程中,合模保压后板料温度快速下降,冷却速率达到30℃·s-1以上,可实现22MnB5钢的淬火强化;试验测得热冲压成形过程中板料的温度变化曲线与模拟曲线一致,相对误差在10%以内,模拟结果较准确;热冲压成形件的最终显微组织为板条马氏体,显微硬度达到480HV以上。     

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.     

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。     

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。     

喷雾式水道热冲压成形模具设计研究

热冲压零件已在汽车制造领域广泛应用,热冲压成形技术也有了较为成熟的发展。热成形模具的水道冷却效果是提高热成形零件生产效率和节约生产成本的关键因素。提出了一种喷雾式水道的冷却方式,可以通过直接冷却的方式快速高效地降低板料温度,缩短热成形工艺的保压时间。该研究阐明了喷雾式水道的结构及工作原理,并通过试验的方式验证了设计效果。结果表明,该研究提出的设计方法解决了厚板热成形模具保压时间长、生产效率低的难题,使生产效率提高了60%以上,大大缩短了保压时间,节约了生产成本。     

基于试验设计和灰色关联度的橡皮囊成形回弹影响因素显著性分析

橡皮囊成形是飞机钣金零件的一种重要成形工艺方法,回弹问题是橡皮囊成形的难点,对其影响因素进行显著性分析可有效控制回弹。基于橡皮囊成形有限元数值模拟,将正交试验设计方法与灰色关联度相结合用于分析橡皮囊成形回弹影响因素的显著性,以某实际长直U形件为例分析压力、最大充液速率、最大节点速度、保压时间、弯曲半径、板料厚度以及轧制方向等因素对回弹的影响程度,结果表明,模具圆角半径、压力、板料厚度、保压时间是橡皮囊成形回弹的主要影响因素,而最大充液速度、最大节点速度、轧制方向对回弹的影响较小。分析结果与工艺试验结果相吻合,从而验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

汽车覆盖件冲压回弹仿真的研究

为了解决汽车覆盖件冲压成形过程中的回弹问题,以板料冲压成形有限元理论和仿真方法为基础,对某汽车U形梁采用板料成形仿真软件Dynaform,在计算机上模拟冲压成形及回弹的过程,预测出实际的模具制造过程中可能出现的回弹量,通过将仿真结果与实验对比,说明了仿真设计方法的实用性,从而总结出控制回弹的措施.     

虚拟加工技术在汽车冲压件工艺中的应用

阐述了虚拟加工技术在汽车冲压件板料成形过程中进行有限元分析的一般过程与步骤及基本方法,应用该技术并结合某型号汽车上的某些较典型的拉延件的初始模具冲压工艺方案对冲压件板料仿真成形进行分析,预测了初始模具冲压工艺方案可能产生的冲压缺陷,提出了冲压工艺方案的改进措施,表明了虚拟加工技术为汽车复杂冲压零件成形分析与模具设计制造提供了一种十分有效的先进手段。     

虚拟加工技术在汽车冲压件工艺中的应用

阐述了虚拟加工技术在汽车冲压件板料成形过程中进行有限元分析的一般过程与步骤及基本方法，应用该技术并结合某型号汽车上的某些较典型的拉延件的初始模具冲压工艺方案对冲压件板料仿真成形进行分析，预测了初始模具冲压工艺方案可能产生的冲压缺陷，提出了冲压工艺方案的改进措施，表明了虚拟加工技术为汽车复杂冲压零件成形分析与模具设计制造提供了一种十分有效的先进手段。     

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。     

汽车B柱热冲压模具温度场研究

采用有限元仿真技术对汽车B柱热冲压成形的温度场进行分析计算。模拟连续热冲压生产,计算10个成形周期中热冲压模具和板料的温度变化。结果表明,热冲压模具冷却系统切实有效,板料的平均冷却速率可达60℃/s,满足超高强钢马氏体转变条件;在7个成形周期以后,热冲压模具在冷却系统的作用下即可达到热平衡状态,保证了连续生产的顺利进行,该技术指标可为实际生产中工艺参数的制定提供依据。     

基于有限元的高强度钢板冲压成形数值模拟应用研究

先进复杂高强度钢零件一般采用热冲压技术成形。以高强度硼钢板22Mn B5为研究对象,研究其在高温下的流变行为,对热冲压中常采用的Arrhenius本构模型进行简单的线性回归。以汽车B柱上段为研究对象,利用有限元软件对高强度钢板热冲压成形工艺进行分析,分析模具结构和压边力对成形过程的影响。从数值模拟的结果分析压边力和模具结构对板料的影响,避免成形零件出现开裂起皱现象,减少模具磨损,提高工件精度。     

弯梁冲压成形极限和壁厚分布研究

板料冲压成形过程出现的起皱、破裂等缺陷影响产品品质。利用有限元软件对城市轨道车辆上弯梁零件的成形进行了模拟分析,研究了摩擦系数、冲压速度对成形极限和壁厚变化的影响,为预测和控制该类零件的冲压成形品质提供指导。     

可重构的板料冲压成形模具

提出了一种可重构的板料冲压成形模具,其使用若干个离散的可伸缩的压杆组合成模具体,通过更换与板件局部形状相似的冲压头和调节压杆的伸缩量构成模具成形面,以适应成形板件的形状。该模具具有模内压板功能,其可以有效地抑制成形板料的起皱;同时在模具体中可以构造压边机构,使压边与成形机构融合为一体。该模具主要适用于中小批量板料覆盖件的成形加工。     

材料参数对汽车覆盖件冲压成形性能影响的数值模拟

使用基于动力显示算法的板料成形非线性有限元分析软件eta/DYANFORM对一个典型的汽车覆盖件零件冲压成形过程进行了数值模拟,从大量的计算结果中,研究三个重要的材料力学性能参数即屈服强度σs、应变强化指数n和厚向异性系数r对最终零件冲压成形性能的影响。在分析软件的后处理器中观察板料的厚度变化、总拉深力、板料的最大变形位移和沿冲压方向的最大应力,并作出了相应的曲线,最后根据所作曲线的变化得到了材料性能参数影响板料冲压成形性能的有关结论。     

板料冲压连接技术及其机理

介绍了应用冲压方式实现金属板料连接的新技术，并对板料冲压连接机理和连接处的金相组织进行了分析。板料冲压连接可分为4个阶段，即板料初压入阶段，冲压连接圆点成形初期阶段，冲压连接圆点形成阶段、保压阶段。由于被连接的板料在冲压连接点处受挤压作用而产生压应力，提高了连接的抗疲劳强度。对板料冲压连接的特点、应用范围及影响因素进行了论述。