双相钢激光拼焊板温成形工艺控制的仿真及实验研究

摘要

近年来,为有效降低能耗和减少环境污染,轻量化已成为现代车身结构设计的主流趋势,高强钢激光拼焊板的出现,既解决了减轻车身重量的难题,又能满足汽车的耐撞性要求。但是,随着板材强度的提高,其成形性能却大大降低,并且,由于焊缝的存在,成形过程中极易发生破裂等危险,因此,这就需要采用温成形技术来提高高强钢激光拼焊板的成形性能,伴随着温成形技术的发展,温成形工艺控制研究及温成形件质量控制体系的研究也越来越受到关注。研究激光拼焊板温变形行为,建立温成形工艺控制体系及温成形件质量控制体系,对认识温成形规律、制定温成形工艺方案、指导工业生产具有重要意义。
　　 本文以B340/DP590双相钢母材及其激光拼焊板为研究对象,通过实验分析、仿真研究、理论计算等方法,探讨了双相钢母材及其激光拼焊板变形前后的力学性能和流变行为、温成形规律、成形件抗凹性评估等方面的内容,所做的主要工作如下:
　　 (1)将双相钢母材及其激光拼焊板拉伸试样在不同温度T,不同应变率(ε)下进行拉伸,通过分析得到的温拉伸应力-应变(σ-ε)曲线,分析了焊缝对板材力学性能以及变形温度T、应变率(ε)等变形条件对双相钢母材及其激光拼焊板力学性能的影响规律,建立了双相钢激光拼焊板温拉伸流变应力模型;
　　 (2)对温拉伸得到的具有一定预应变(ε)的双相钢母材及其激光拼焊板试样,空冷至室温后,缓慢拉伸至断裂,对得到的二次拉伸应力-应变(σ-ε)曲线进行分析,得出了温拉伸温度T、应变率(ε)、预应变(ε)等工艺参数对板材二次拉伸力学性能的影响,建立了双相钢激光拼焊板二次拉伸流变应力模型;
　　 (3)以温拉伸应力-应变(σ-ε)曲线为基础,以Benchmark2008提供的Audi05B柱标准考题为研究对象,利用冲压成形专用软件AutoForm,建立了B柱的温成形有限元仿真模型,考察了在不同温度下,压边力及拉延筋等工艺条件对B柱成形性能的影响,并提出了合理的焊缝移动控制方式;
　　 (4)以激光拼焊板二次拉伸流变应力模型为基础,将曲线曲面理论与塑性成形理论相结合,通过比较塑性变形能与外载荷所做功的大小,建立了一种面向覆盖件曲面特征及其冲压成形工艺参数的激光拼焊板温成形覆盖件件抗凹性评估体系,并进行了相关实验验证。
　　 上述基于温拉伸及二次拉伸实验所建立的温拉伸及二次拉伸流变应力模型为认识双相钢母材及其激光拼焊板温变形规律、指导温成形工艺优化、预测及控制板料成形后的性能提供了有力的理论及技术支持;关于B柱的温成形有限元仿真明确了温成形工艺参数对覆盖件成形性能及其对焊缝移动的影响,可有效指导温成形工艺方案的制定、合理控制焊缝移动、减少试模次数、降低生产成本;作为评价和反映覆盖件表面质量和使用性能的一项重要指标,所建立的温成形覆盖件抗凹性评估体系对覆盖件材料选择、曲面设计及冲压成形工艺条件的调整具有重要的指导意义。