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高强度硼钢板热冲压成形过程及数值模拟研究

作　者: 王丽敏
导　师: 周天瑞；王丽娟
学　校: 南昌大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 高强度钢板热冲压数值模拟回弹
分类号: TG386
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

先进高强度钢板在汽车制造领域的应用是有效地实现汽车轻量化和提高整车被动安全性的有效途征之一。热冲压成形是一种专门用于制造复杂形状的先进高强度钢零件的新技术,且零件的回弹很小。此技术的工艺过程是先将板料的温度升至再结晶温度以上某一温度值,然后将加热后的板料移至模具上,成形和淬火处理同时进行,得到了拥有高强度的零部件的成形工艺。此过程是一个涉及到了模具与板料的传热、成形以及板料微观组织的转变,故对工艺参数对板料的流变行为的影响规律进行探讨,对热冲压零件的成形过程进行分析,从而制定热冲压成形的工艺,对热冲压成形技术的理论和实际应用具有重要指导意义。本文以先进高强度硼钢板Mn22B5作为研究对象,采用了实验研究、理论分析以及数值模拟相结合的方法,在对高强度硼钢板热冲压成形工艺进行了分析的基础上,制定了物理热模拟实验方案,即板料处于完全奥氏体化后,再将板料的温度降至不同的温度,以不同的应变速率对板料进行等温单向拉伸实验,得到了在不同的条件下,材料的真实应力-应变曲线,并在此基础上对变形温度与变形速率对板料的流变行为的影响及规律性进行了分析。在实验结果的基础上,建立了高强度硼钢板的热冲压流变应力数学模型。以汽车防撞梁的典型特征件U形件作为研究对象,在分析了成形时的受力和高强度硼钢板热冲压成形的流变应力数学模型基础上,建立了与材料性能参数、工艺参数以及几何参数有关的热冲压U形件侧壁的最大应变解析模型。采用有限元数值模拟技术,对高强度硼钢板U形件的热冲压成形过程进行了数值模拟,在有限元软件ABAQUS上建立了热成形件的热冲压成形过程的模型。数值模拟主要对压边力和模具间隙在热冲压成形过程中的对成形的零件质量的影响进行了探讨。从数值模拟的结果来看,本文所建立的有限元模型在对模拟热冲压成形过程是很有效的。在压边力较大时,零件的回弹较小,有利于改善法兰与模具的接触作用,同时可以避免成形零件发生开裂现象。模具间隙对侧壁上的温度分布有较大的影响,模具间隙越大,成形件侧壁的温度就越高。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-16
  1.1 引言  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 高强度钢板及其应用  10
    1.2.2 热成形技术及其研究现状  10-14
    1.2.3 热成形的数值模拟研究形状  14-16
第2章高强度硼钢板热冲压成形理论  16-30
  2.1 引言  16
  2.2 金属的热塑性变形  16-22
    2.2.1 金属的热塑性变形机理  16-18
    2.2.2 动态回复和动态再结晶  18-19
    2.2.3 变形抗力及其影响因素  19-22
  2.3 金属热冲压成形中的传热学理论  22-23
    2.3.1 热力学第一定律  22
    2.3.2 热传递方式  22-23
  2.4 屈服准则  23-27
    2.4.1 米塞斯(Von.Mises)屈服准则  24
    2.4.2 希尔(R.Hill)屈服准则  24-26
    2.4.3 Von.Mises屈服准则下的本构方程  26-27
  2.5 热力耦合仿真理论与方法  27-30
    2.5.1 温度场分析  27-28
    2.5.2 变形和温度场的相互影响  28
    2.5.3 热力耦合分析的主要步骤  28-30
第3章高强度硼钢板热冲压成形中的热流变行为研究  30-40
  3.1 引言  30
  3.2 高强度硼钢板热成形物理模拟  30-35
    3.2.1 高强度硼钢板热冲压成形工艺  30-32
    3.2.2 热模拟实验  32-35
  3.3 试验结果分析  35-38
    3.3.1 流变应力-应变曲线  35-36
    3.3.2 温度对材料变形抗力的影响  36-37
    3.3.3 应变速率对流变应力的影响  37-38
  3.4 高强度硼钢板热冲压成形流变应力数学模型研究  38-40
第4章 U形件热冲压成形解析模型研究  40-49
  4.1 引言  40
  4.2 U形件热冲压解析模型的建立  40-49
    4.2.1 U形件热冲压成形的受力情况分析  40-41
    4.2.2 弯曲力分析  41-45
    4.2.3 摩擦力计算  45-46
    4.2.4 压边处拉力计算  46-47
    4.2.5 高强度硼钢U形件热冲压成形时侧壁应变的计算  47-49
第5章高强度硼钢板热冲压成形过程数值模拟研究  49-63
  5.1 引言  49
  5.2 数值模拟条件  49-53
    5.2.1 有关热冲压成形的热物理参数  51
    5.2.2 板料加热  51
    5.2.3 板料由加热炉转移到模具上  51-53
  5.3 热冲压成形数值模拟的预处理  53
  5.4 成形件的热冲压成形的数值模拟  53-57
    5.4.1 几何模型  53-54
    5.4.2 材料模型  54
    5.4.3 分析步骤  54-55
    5.4.4 接触处理及定义接触面  55-56
    5.4.5 网格划分  56-57
  5.5 数值模拟过程及结果分析讨论  57-63
    5.5.1 热成形中压边力的分析  57-61
    5.5.2 热冲压成形中模具间隙的分析  61-63
第6章结论与展望  63-65
  6.1 结论  63-64
  6.2 以后工作展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
攻读学位期间的研究成果  70

高强度硼钢板热冲压成形过程及数值模拟研究

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