B550CL高强钢轮辐反拉深-翻边复合成形损伤开裂研究

发布时间：2019-10-02 08:54

【摘要】：针对高强钢汽车轮辐在实际生产过程中经常出现反拉深-翻边复合工序中中心孔翻边开裂这一问题,采用有限元数值模拟的方法,建立了有限元模型,并通过试制轮辐验证其可靠性.模拟获得了新型高强钢材料B550CL在用于轮辐翻边成形时的应力应变的分布和变化规律,并进一步对轮辐的损伤和壁厚分布情况进行了分析.研究表明:反拉深-翻边复合工序中翻边区在成形过程中应力应变集中明显,变形量较大;同时,材料的损伤和壁厚减薄在翻边区域也比较严重,导致实际成形中翻边区可能出现开裂等缺陷.
【图文】：

反拉深,翻边,轮辐,高强钢

绍了不同类型断裂准则在金属成形领域的应用．本文采用C－L韧性断裂准则，并将耦合了韧性断裂准则的子程序通过Vumat接口嵌入Abaqus有限元软件，在后处理模块中便可以得到材料的损伤值、应力三轴度等相关结果．式(2)为C－L准则的表达式．∫ε－f0(σ1σ－)dε－=C．(2)式中:ε－f为断裂处发生的等效应变;σ1为最大主应力;σ－为等效应力;C为材料常数．1．2轮辐反拉深－翻边复合工序有限元模型建立以宝钢车轮有限公司某型号轮辐成形过程为例，其反拉深－翻边前的截面形状尺寸如图1(a)所示，板料厚度为4．6mm;最终成形件截面形状尺寸如图1(b)所示．根据图1(a)建立反拉深－翻边前轮辐的几何模型，采用实体单元建模并用C3D8Ｒ单元进行网格划分．根据实际生产中的模具形状尺寸，将其适当简化，建立高强钢B550CL用于某型号轮辐反拉深－翻边复合工序的模具几何模型，采用壳单元建模并用Ｒ3D4单元划分网格．为了避免翻边孔开裂，实际生产中将中心孔翻边冲头设计成如图2所示形状，即:反拉深－翻边复合工序的翻边成形是一个多次复合翻边的过程;初次翻边的凸模是柱状凸模1，二次翻边的凸模为锥状凸模2，最后在抛物线凸模3的作用下成形出最终形状，完成翻边过程．!!"#$%&’($%!!")#$%&!*&!"#+$%&’()*+,’-./$%0’1!"#0’1!!"%’,)$%&-(,.$/,)%%0-!1&!"#+$%&’2)*+,’-./图1高强钢轮辐反拉深－翻边复合工序前后外形尺寸·72·材料科学与工艺第23卷

翻边,中心孔,轮辐

!"#图2中心孔翻边冲头将模具和板料进行装配，得到高强钢轮辐反拉深－翻边复合工序有限元模型，如图3所示．为了保证模型的稳定性，采用较低的加载速度，模拟时上模芯的加载速度设为v=17mm/s;模具与板料间摩擦采用库伦摩擦模型，摩擦系数μ=0．15;下模芯活动套的压边力根据实际生产条件，设为5MPa．通过对图3中高强钢轮辐反拉深－翻边复合工序模型的分析可以发现，翻边和反拉深成形在整个变形过程中同时进行、相互影响，，且翻边成形贯穿于整个变形过程，这使得复合工序的变形十分复杂．!"#$%&$%’&$%()’&$%图3高强钢轮辐反拉深－翻边复合工序三维有限元模型1．3有限元模型的可靠性验证为了验证所建模型的可靠性，采用上述模拟条件，试制了轮辐反拉深－翻边复合成形件．将图1(b)中的3个特征尺寸(翻边高度H、轮辐高度L、轮辐外径D)的模拟结果与试验结果进行对比，结果如表2所示．从表2可以看出，轮辐模拟结果与试验结果相差很小，且均符合成形工艺要求．因此，本文建立的模型是可靠的，可以进行相关的模拟研究．表2高强钢轮辐复合工序模拟与试验结果对比项目H/mmL/mmD/mm工艺要求11+336．7±0．5419．5±1模拟值12．4536．98419．86试验值12．4236．80419．24绝对误差0．030．180．622计算结果与分析2．1成形过程应力分布规律由于轮辐为回转体零件，其应力应变分布沿周向变化不大，基本沿径向呈带状分布，如图4所示．因此，选取图4所示的轮辐截面的一半研究反拉深－翻边复合工序中材料在厚向和径向的变形规律．!""#$"#""$""!"#$%&&!’!图4轮辐截面示意图应力三轴度对材料的损伤和断裂起重要作用，金属板料在外力作用下产生塑性变形，其内部的空穴在拉应力的作用下增大
【作者单位】：西北工业大学材料学院;上海梅山钢铁有限公司技术中心;上海宝钢车轮有限公司;
【基金】：西北工业大学-上海梅山钢铁股份有限公司技术中心合作项目
【分类号】：TG386

【参考文献】