高強(qiáng)度鋼板熱成形工藝及多物理場(chǎng)耦合分析研究.pdf

1、在汽車(chē)車(chē)身上應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化、提高汽車(chē)碰撞安全性的有效途徑之一。但隨著鋼板強(qiáng)度的提高，其成形性能大大下降，常規(guī)的冷沖壓工藝很難實(shí)現(xiàn)其成形。而熱成形工藝?yán)媒饘侔辶蠠崴苄宰冃蔚奶攸c(diǎn)，在高溫下對(duì)板料進(jìn)行成形，極大的提高了材料的成形性能，解決了高強(qiáng)度鋼板在冷沖壓條件下難以成形的缺點(diǎn)。該技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)的板料成形工藝與材料熱處理淬火工藝，整個(gè)過(guò)程涉及板料、模具、冷卻系統(tǒng)和周?chē)h(huán)境之間的換熱，板料在成形與淬火的同時(shí)，其應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)不

2、斷發(fā)生變化，并伴隨著內(nèi)部微觀組織的轉(zhuǎn)變。因此研究熱成形多物理場(chǎng)耦合分析方法，探討工藝參數(shù)對(duì)熱成形工藝的影響規(guī)律，對(duì)制定合理的熱成形工藝及其在實(shí)際中的應(yīng)用具有十分重要的指導(dǎo)意義。
　　 本文根據(jù)高強(qiáng)度鋼板熱成形過(guò)程中換熱形式及內(nèi)容的變化，分析了板料轉(zhuǎn)移、沖壓和保壓淬火階段溫度場(chǎng)分析的特點(diǎn)及方法。通過(guò)有限元軟件ABAQUS對(duì)U型件的沖壓過(guò)程進(jìn)行熱力耦合分析，闡述了板料在沖壓過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布特點(diǎn)及變化規(guī)律，并探討了主要成形工

3、藝參數(shù)板料初始溫度和沖壓速度對(duì)熱成形工藝的影響。
　　 在此基礎(chǔ)上，針對(duì)熱成形過(guò)程中的流體-固體、固體-固體共軛傳熱問(wèn)題，提出了熱成形熱流固耦合模擬方法。在該方法中，使用結(jié)構(gòu)力學(xué)軟件ABAQUS模擬分析板料與模具之間的接觸換熱及兩者內(nèi)部的熱量傳遞與熱應(yīng)力，同時(shí)利用流體力學(xué)軟件FLUENT模擬分析模具內(nèi)冷卻水的流動(dòng)與換熱，然后通過(guò)集成軟件平臺(tái)MpCCI(Mesh-based parallel Code Coupling Inter

4、face)將兩者聯(lián)系在一起，對(duì)保壓淬火過(guò)程進(jìn)行熱流固耦合分析，并基于該方法模擬研究了冷卻水流速、冷卻水溫和保壓壓力對(duì)熱成形工藝的影響。
　　 最后，以高強(qiáng)度硼鋼板USIBOR1500為試驗(yàn)材料，依據(jù)仿真分析結(jié)果制定熱成形工藝對(duì)汽車(chē)前立柱下角撐進(jìn)行試驗(yàn)試制，并對(duì)其中部分熱成形件進(jìn)行微觀組織分析和力學(xué)性能測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)熱成形工藝加工后，得到的組織為均勻板料狀馬氏體，力學(xué)性能得到了極大的提高，驗(yàn)證了工藝參數(shù)的合理性，證明采用