超高强钢板热成形极限的研究及其在热冲压件上的应用

摘要

随着环境污染和能源消耗的加重，汽车行业对轻量化提出了迫切需求，热冲压是解决这一难题的关键技术之一。热冲压是指在防氧化条件下将超高强钢板加热到完全奥氏体化后，快速转移到成形模具上冲压成形，保压淬火获得完全马氏体结构，成形后制件强度可达1500Mpa，在保证安全性能条件下大大减小零件的重量。相对于传统的冷冲压而言，热冲压制件具有强度高、成形力小、低回弹等优点。
　　成形极限图(FLD)作为材料成形性能最为综合和简易的判据，已成为衡量材料成形性和解决冲压成形问题的重要工具，超高强度钢板作为热冲压材料，研究其高温下的流变性能和FLD对热冲压工艺的安排和模具设计有着重要的意义。然而实验获得成形极限图的周期长、消耗大、随机性强，对实验者要求高，同时需要配备特定的设备，因此探索新方法获取FLD有着重要的意义。本文以超高强钢板B1500HS为研究对象，在实验的基础上，建立了高温FLD理论预测模型，同时结合有限元软件DYNAFORM对B1500HS FLD进行了预测，并将两种预测FLD和实验值进行了比较。最后将获得的FLD应用到物理实冲和热冲压仿真中，本文研究的主要内容如下:
　　1)对B1500HS超高强度钢板进行不同温度、不同应变速率的单拉实验，同时进行不同应变路径的钢模胀形实验;建立了高温下B1500HS修正后流变曲线的粘塑性本构关系，测出了不同温度下的FLD;
　　2)结合本构方程、屈服准则和失稳准则，建立了B1500HS高温下FLD的理论预测模型，探究了相关参数对成形极限曲线的影响规律，并和实验极限进行比较，验证预测模型的正确性;
　　3)建立了超高强钢板线性和非线性数值计算模型，分别对B1500HS超高强钢板高温下成形极限曲线进行有限元预测，并将获得数值预测FLD和实验FLD进行了对比;
　　4)为验证FLD的实用性，对B1500HS进行了物理实冲实验，将实冲失稳极限点和实验FLD进行了对比;同时将FLD作为损伤准则导入到有限元软件中，对热冲压件损伤程度及回弹进行了研究。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 超高强钢板热冲压研究现状

1．2．1 超高强钢板研究现状

1．2．2 热冲压技术的研究现状

1．3 成形极限图的研究现状

1．3．1 成形极限图的研究意义

1．3．2 成形极限图的国内外研究现状

1．3．3 成形极限图的应用

1．4 数值模拟在冲压成形中的应用

1．5 本课题的研究内容和流程图

第二章 超高强钢板试验研究及流变本构关系的确立

2．1 单向拉伸实验

2．1．1 实验材料和实验设备

2．1．2 拉伸实验结果与分析

2．2 高温钢模胀形实验

2．2．1 高温胀形实验设备介绍

2．2．2 超高强钢板高温胀形实验试样的制备

2．2．3 钢模胀形实验过程

2．2．4 胀形实验结果与分析

2．3 超高强度钢板高温修正后本构关系的确立

2．3．1 高温拉伸实验修正模型的建立

2．3．2 超高强钢板参数修正后本构关系的确立

2．3．3 流变理论曲线和实验曲线的对比

2．4 本章小结

第三章 超高强钢板高温成形极限理论预测模型的建立

3．1 超高强钢板高温成形极限预测模型理论推导

3．1．1 M-K模型及其基本理论方程

3．1．2 各向异性屈服准则

3．1．3 Logan-Hosford屈服准则的应用

3．1．4 本构关系的代入及高温成形极限曲线预测模型的确立

3．2 各参数对理论成形极限曲线的影响

3．2．1 起始不均匀度f0而对成形极限曲线的影响

3．2．2 屈服准则阶层S对成形极限曲线的影响

3．2．3 硬化指数n和速率敏感系数m对成形极限曲线的影响

2．2．4 温度T对成形极限曲线的影响

3．3 经验计算模型对成形极限曲线的预测

3．4 试验结果与理论预测结果的对比

3．5 本章小结

第四章 超高强钢板高温成形极限数值模拟预测

4．1 数值模拟模型的选择与失效判定

4．1．1 数值模拟软件的介绍

4．1．2 数值模型的选择

4．1．3 材料性能参数及前期准备

4．1．4 成形失效的判断标准

4．2 线性计算模型成形极限曲线的预测

4．2．1 最大凸模反力法预测

4．2．2 应变路径突变法预测

4．2．3 摩擦因素对成形极限图的影响

4．3 非线性计算模型成形极限曲线的预测

4．3．1 非线性计算模型介绍

4．3．2 非线性计算模型成形极限曲线预测

4．4 试验结果与数值模拟预测曲线的对比

4．5 本章小结

第五章 超高强钢板高温成形极限在热冲压中的应用

5．1 超高强钢板高温成形极限的物理应用

5．1．1 在高温拉深类试验上的应用

5．1．2 在高温胀形类试验上的应用

5．2 超高强钢板高温成形极曲线在热冲压全工序模拟中的应用

5．2．1 热冲压盒形件数值模型的建立

5．2．2 模具间隙对热冲压制件损伤程度及回弹的影响

5．2．3 冲压速度对制件损伤程度及回弹的影响

5．2．4 压边力对制件损伤程度及回弹的影响

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间承担科研情况及主要成果