基于数值模拟的超高强度钢温热冲裁研究

发布时间：2017-09-04 02:04

  本文关键词：基于数值模拟的超高强度钢温热冲裁研究

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【摘要】：超高强度钢的热冲压成形技术是实现汽车轻量化，同时提高整车安全性的有效途径，近年来得到了广泛关注。然而由于热成形淬火后零件表现出的高强度和硬度，使得后期的切边、冲孔十分困难。传统冷冲裁方式需要很大的加工载荷，而且容易造成模具磨损甚至过早失效。目前生产厂家多采用激光切割技术，但周期长，成本高，零件质量差。 超高强度钢的温热冲裁技术通过将冲裁过程复合于热冲压中进行，使板料在马氏体形成之前，塑性好、硬度低的状态下完成切边、冲孔等工序，能够在得到高质量零件的同时，大大缩短加工周期，降低生产成本。目前，国内外相关报道较少，本文将就此展开全面、深入的研究。 针对22MnB5的帽形件切边工艺，利用DEFORM-3D软件对复合于热冲压中的温热冲裁进行数值模拟。研究了板料冲裁阶段剪切区应力、应变分布情况以及材料的流动规律，并分析了淬火阶段板料温度场变化及零件淬火前后尺寸及断面质量的变化。将温热冲裁和传统冷冲裁进行了对比，结果表明，对于超高强度钢，温热冲裁方式所用的冲裁力、冲裁功明显小于传统冷冲裁；得到的零件断面特征区中圆角带、光亮带增大，断裂带、毛刺减小，整体光洁度提高；温热冲裁对模具磨损小，在其它条件相同的情况下，采用温热冲裁方式能提高模具寿命。温热冲裁件淬火过程中体积收缩造成了尺寸精度的降低，对此，文章建立了模具尺寸计算的修正公式。 以冲裁力能、冲裁件断面质量、尺寸精度、模具磨损四个方面为考察对象，研究了冲裁温度、模具间隙、冲裁速度三个工艺参数对温热冲裁的影响规律，结论如下：冲裁力、冲裁功随着冲裁温度、模具间隙、冲裁速度的增大而减小；冲裁温度越高，模具间隙越小，冲裁速度越大，，得到的冲裁件断面质量越好；冲裁件尺寸精度随着冲裁温度的升高而降低，相比而言模具间隙和冲裁速度的影响较小；模具磨损深度随冲裁温度、模具间隙的增大而减小，随冲裁速度的增大而增大。以上三个工艺参数的最佳取值范围：冲裁温度应选择650℃以上，模具间隙为板料厚度的10%左右，冲裁速度为70~90mm/s。
【关键词】：超高强度钢 温热冲裁 热冲压 数值模拟 22MnB5
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12-14
• 1.2 超高强度钢材料介绍14-15
• 1.3 超高强度钢热冲压成形技术15-19
• 1.3.1 热冲压成形原理及特点15-18
• 1.3.2 热冲压成形研究现状18-19
• 1.4 超高强度钢温热冲裁技术19-21
• 1.4.1 温热冲裁原理及特点19-20
• 1.4.2 温热冲裁研究现状20-21
• 1.5 选题目的和意义21-22
• 1.6 本文研究内容22-24
• 第二章 超高强度钢温热冲裁有限元分析基础24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 有限元分析理论基础24-25
• 2.2.1 有限元法基本思想24
• 2.2.2 金属塑性有限元法分类24-25
• 2.3 DEFORM 仿真关键技术25-29
• 2.3.1 DEFORM-3D 软件简介25-26
• 2.3.2 网格重划技术及其实现26-27
• 2.3.3 断裂问题的处理27-29
• 2.4 有限元模型的建立29-37
• 2.4.1 几何模型的建立29-31
• 2.4.2 材料模型的建立31-34
• 2.4.3 物体间关系的定义34-35
• 2.4.4 磨损模型的设置35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 超高强度钢温热冲裁机理分析38-52
• 3.1 引言38
• 3.2 冲裁阶段分析38-43
• 3.2.1 力态分析38-40
• 3.2.2 变形过程分析40-41
• 3.2.3 材料流动性分析41-43
• 3.3 淬火阶段分析43-46
• 3.3.1 温度场分析43-44
• 3.3.2 热胀冷缩分析44-46
• 3.4 温热冲裁与冷冲裁结果对比46-50
• 3.4.1 冲裁力能对比46-47
• 3.4.2 冲裁件断面质量对比47-48
• 3.4.3 冲裁件尺寸精度对比48-49
• 3.4.4 模具磨损对比49-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 超高强度钢温热冲裁影响因素分析52-76
• 4.1 引言52
• 4.2 冲裁温度的影响52-59
• 4.2.1 对冲裁力能的影响52-55
• 4.2.2 对冲裁件断面质量的影响55-57
• 4.2.3 对冲裁件尺寸精度的影响57-58
• 4.2.4 对模具磨损的影响58-59
• 4.3 模具间隙的影响59-68
• 4.3.1 对冲裁力能的影响60-62
• 4.3.2 对冲裁件断面质量的影响62-66
• 4.3.3 对冲裁件尺寸精度的影响66-67
• 4.3.4 对模具磨损的影响67-68
• 4.4 冲裁速度的影响68-75
• 4.4.1 对冲裁力能的影响68-71
• 4.4.2 对冲裁件断面质量的影响71-73
• 4.4.3 对冲裁件尺寸精度的影响73-74
• 4.4.4 对模具磨损的影响74-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第五章 结论76-78
• 参考文献78-84
• 致谢84

【参考文献】

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本文编号：788670