变高度U形梁热冲压数值模拟研究

发布时间：2017-05-21 07:39

  本文关键词：变高度U形梁热冲压数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：汽车的普及所带来的环境问题已逐渐引起人们的关注,追求汽车安全、轻量化已经成为当前汽车行业发展的总体趋势。热冲压零件具有硬度高、成形精度高等优点,可以为汽车提供高质量的零部件的同时,达到汽车轻量化的要求。在当前应用的众多车身热冲压件中,存在着一类具有以U形截面为主而整体带有高度差特点的变高度U形截面梁形件,这类结构存在于众多热冲压零件中,如加强边梁、前装配平台、前保险杠等。在实际生产过程中,零件高度差的大小直接影响着模具上圆角翼边处板料的成形质量,加工过程中的工艺参数对零件成形性能的影响也不可忽视。然而目前对于该结构所知的研究相对较少,现有的研究还没有给出对于不同高度差的零件,其模具上圆角翼边半径的合理取值范围,以及满足该类型零件热冲压成形性能要求的相关工艺参数。基于上述情况,本文将以2mm厚的22Mn B5材料为研究对象,通过有限元模拟来分析在变高度U形梁热冲压过程中,不同高度差的零件在热冲压加工过程中的模具设计时,其模具上圆角翼边半径的合理取值范围,以及满足该类型零件热冲压成形性能的工艺参数,为实际生产提供理论支持。研究内容及结论如下:研究讨论了变高度U形梁在热冲压模具设计时不同高度差所对应的模具上圆角翼边半径的推荐取值范围,并给出了二者的关系图,图中表明随着高度差的增大,模具所需的翼边圆角半径相应增加。若上圆角翼边半径小于给出的推荐值,则在模拟中零件会出现起皱缺陷。应用Pam-stamp2G软件结合模具设计研究结论分析了在高度差为150mm前提下,热冲压过程中的冲压速度,模具间隙,保压时间,和模具温度等工艺参数对零件成形性能的影响:(1)冲压速度小于80mm/s时,零件淬火前发生了贝氏体转变,当冲压速度处于80-120mm/s时,板料淬火前均未发生马氏体转变,综合考虑成形性能和加工成本,最终冲压速度选择80-120mm/s。(2)当模具间隙大于1.1t时,淬火结束后零件的马氏体百分含量低于80%,当模具间隙为1.1t时,在淬火过程中零件侧壁部位的冷却速率小于30℃/s,淬火效果不佳,当模具间隙处于1.0-1.05t时,零件的成形性能较好。(3)当保压时间低于10s时,零件温度未完全降至马氏体转变结束温度以下,当保压时间为12s时,零件整体的马氏体转变已经结束,对温降最慢处进行精确分析后结果显示该处温度完全降至马氏体转变结束温度以下用时10.4s。(4)随着模具初始温度的增加,板料冲压结束时的最高和最低温度也随之增加,当模具初始温度为150℃时,零件硬度已经下降到400HV以下,模具温度低于50℃时所表现出的力学性能能够满足实际生产的要求。综上,确定最终的工艺组合为:冲压速度:80-120mm/s;模具间隙:1.0-1.05t;保压时间:10.4s以上;模具温度:低于50℃。
【关键词】：热冲压 变高度U形梁 高度差 模具设计 工艺参数
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466;TG306
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 高强钢材料介绍12-14
• 1.2.1 高强钢的主要成分12-14
• 1.2.2 高强钢的分类14
• 1.3 高强钢热冲压成形工艺14-20
• 1.3.1 高强钢热冲压成形原理14-16
• 1.3.2 高强钢热冲压成形特点16-18
• 1.3.3 热冲压成形工艺国内外研究现状18-20
• 1.4 研究背景及意义20-21
• 1.5 研究内容21-23
• 第二章 板料热成形有限元模拟基本理论23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 有限元基本概念23-24
• 2.3 热冲压过程中多场耦合分析24-25
• 2.3.1 温度场和应力场的相互作用24
• 2.3.2 温度场和相变场的相互作用24-25
• 2.3.3 应力场和相变场的相互作用25
• 2.4 热成形热塑性本构关系25-28
• 2.5 屈服准则28-29
• 2.6 传热学理论29-31
• 2.6.1 温度场29-30
• 2.6.2 传热基本定律30-31
• 2.7 单元技术31-32
• 2.7.1 薄膜单元31
• 2.7.2 实体单元31-32
• 2.7.3 壳单元32
• 2.8 板料成形有限元方程求解法32-34
• 2.8.1 动态显式算法32-33
• 2.8.2 静态隐式算法33-34
• 2.9 Pam-stamp2G模拟软件介绍34-36
• 2.9.1 Pam-stamp2G软件特点34-35
• 2.9.2 Pam-stamp2G计算流程35-36
• 2.10 本章小结36-37
• 第三章 变高度U形梁模具设计37-55
• 3.1 引言37
• 3.2 零件几何形状及特点分析37-39
• 3.3 有限元模型的建立39-43
• 3.3.1 材料机械性能39
• 3.3.2 材料热硬化曲线39-41
• 3.3.3 附加热系数41
• 3.3.4 热边界条件41
• 3.3.5 热接触条件41-42
• 3.3.6 有限元模型42-43
• 3.3.7 热冲压数值模拟步骤43
• 3.4 有限元模拟分析43-54
• 3.4.1 高度差对模具上圆角翼边半径R1的影响43-51
• 3.4.2 翼边圆角半径对零件性能的影响51-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 变高度U形梁热冲压相关参数优化研究55-85
• 4.1 引言55
• 4.2 有限元模型的建立55-58
• 4.2.1 模型的几何形状55-56
• 4.2.2 有限元模型的创建56-57
• 4.2.3 数值模拟流程57-58
• 4.3 基于数值模拟的工艺参数优化研究58-82
• 4.3.1 冲压速度对变高度U形梁成形性能的影响58-65
• 4.3.2 模具间隙对变高度U形梁成形性能的影响65-71
• 4.3.3 保压时间对变高度U形梁成形性能的影响71-77
• 4.3.4 模具温度对变高度U形梁相关性能的影响77-82
• 4.4 本章小结82-85
• 第五章 结论和展望85-87
• 5.1 结论85-86
• 5.2 不足及展望86-87
• 参考文献87-93
• 致谢93

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本文编号：382915