高强钢板热成形数值模拟与模具设计

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高强度钢板热成形技术是同时实现汽车车体轻量化和提高碰撞安全性的最新技术,该技术是一项完全不同于传统冷冲压成形的板料成形新技术,工艺参数众多,工艺过程复杂,包括加热、成形和冷却等多个关键技术环节。在热成形工艺过程中,板料的加热温度,保温时间,从加热炉至模具的传送时间,冲压过程中的压机速度与压力,模具设计对热成形制件的质量有不同程度的影响,同时,热成形工艺是一个板料温度场、应力场、相变相互作用,耦合的变化过程,这就使制件质量的不可预知性增加。通过数值模拟的方法来获得良好的工艺参数,是热成形工艺过程的前提,这不仅对整个工艺有指导作用,还能够节省调试时间,节约成本。本文在理论分析的基础上,采用有限元数值模拟方法结合试验研究了高强钢板热成形过程参数对制件性能的影响,同时以右前内纵梁角撑为例,对该制件进行了成型性分析及保压淬火过程模拟,以有限元模拟结果为参考,进行了该制件的模具设计。通过传热学分析和流体力学分析,发现板料在热成形过程中各个阶段钢板温度随时间呈指数关系变化,钢板与模具之间的换热系数与两者的接触状态密切相关,同时发现只有在紊流条件下,冷却介质才能有效的带走模具的热量。通过学习他人的研究成果,发现板料在高温下的流动应力,主要受温度和应变速率的影响。对高强钢板热成形过程中温度场、应力场、相变之间的作用关系进行了深入研究。结合22MnB5的CCT曲线、高温下的应力应变曲线及材料硬化指数曲线,确定出板料的成型前温度,进而反推出需要的加热温度,在此基础上考虑到理想的奥氏体组织对加热温度和保温时间的要求得到理想的加热温度为900℃~930℃,保温时间5min。研究表明,保压压力不仅影响板料与模具间的传热效率,更为重要的是影响制件的形状精度,尽可能采用较大的保压压力有助于得到型面清晰的制件。通过对制件进行的成型性分析和保压淬火过程模拟,发现在设定的工艺参数下,板料成型性良好,13s内实现完全淬火,可以进行连续生产,同时获得了最佳的冷却水控制参数。在有限元数值模拟的基础上,进行了高强钢板热成形模具设计,为实际生产提供了理论依据和指导。
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