汽车用高强板成形性能的模拟研究

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汽车工业的快速发展使得汽车用钢的需求量日益增长。为了满足汽车轻量化和节能减排的要求,强度更高、机械性能更好的汽车用钢成为了各个钢厂竞相研发的钢种。对于新研发的钢种,深入了解和分析其关键成形性能是必不可少的,这对于保证其成形质量和后期投入使用的安全性至关重要。本文基于新研发的700MPa级低合金高强度汽车大梁板,首先通过拉伸试验得到了材料在准静态和应变速率分别为10-4、10-3、10-2下的力学性能和应力应变曲线。实验结果表明此700MPa级低合金高强度钢在准静态条件下的屈服强度为790MPa,抗拉强度为969MPa,弹性模量为227GPa,断后伸长率为20.5%,当应变速率提高时材料的屈服强度和抗拉强度均提高,但塑性有所下降。研究中所涉及到的大梁成形方式为冲压成形和辊弯成形,采用有限元模拟的手段研究了板料在两种不同的成形方式下的成形性能。模拟过程中,基于前人已有的成果和两种成形方式各自的特点在通用有限元模拟软件ANSYS中建立了冲压和辊弯的有限元模型,将已测得的700MPa级低合金高强度钢的力学性能通过软件中的本构方程应用于有限元计算中以得到有针对性的模拟结果。冲压模拟结果显示:此700MPa低合金高强度大梁板在冲压中表现为负回弹,侧壁在回弹的作用下向内弯曲呈圆弧形,冲压过程中板料存在减薄,减薄最严重处位于侧壁上端,所以侧壁的上端在实际冲压中容易产生减薄开裂,而且板料减薄会随着冲压速率的提高而变严重。针对冲压中板料的回弹情况,基于冲压工艺和板料的特点提出了两种控制回弹的措施并给出了模拟过程,模拟结果显示通过角度补偿和增大凹凸模间隙的方式可以有效的减小板料的回弹量。通过模拟辊弯成形过程可以得知,此高强钢在辊弯成形中回弹不明显,但会出现显著的纵向弯曲,大梁中部较两端抬高8.27mm,同时成形结束后板料在圆角部位有较明显的减薄。由不同辊弯速率下辊弯模拟结果可知,辊弯速率的提高会使板料对成形辊的作用反力增大。
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