22MnB5热冲压成形回弹及减薄的数值模拟研究

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近年来,随着节能减排、安全环保汽车主题的兴起,高强钢凭借在轻量化及力学性能上的双重优势,在汽车工业中备受青睐。但由于高强钢高强、高硬的性能特点,使成形时存在回弹和减薄等较多问题。高强钢主要采用热冲压成形,成形温度是影响热冲压件成形质量的重要因素,如何通过控制温度来平衡高强钢冲压件减薄与回弹之间的关系是高强钢成形的关键所在。本文以22MnB5冲压件为研究对象,忽略热传导、热对流等因素对温度的影响。通过AUTOFORM模拟计算,研究不同温度下等温成形时,工艺参数对回弹与减薄的影响规律。利用简单工件的成形结果指导复杂工件的成形,为实际工程应用提供基础的数据参考。通过计算得出以下几点结论:1、工艺参数对冲压件回弹规律的影响:(1)冲压件的回弹角随压边力的增大而逐渐减小。压边力由35KN增大到80KN,成形温度在500℃时,回弹角由95.191°减小到92.362°;成形温度在700℃时,回弹角由91.699°减小到90.624°。较大的压边力能够控制回弹,但增加了工件开裂的危险。温度高于650℃,压边力大于60KN时,工件开裂。(2)摩擦系数通过直接影响摩擦力的大小对回弹产生影响。成形温度高于500℃时,随摩擦系数的增大,回弹角逐渐减小。成形温度越高,回弹的变化量越大。摩擦系数由0.05增大到0.15,成形温度为500℃时,回弹角由95.92°减小到94.39°;成形温度在700℃时,回弹角由93.33°减小到90.62°。(3)回弹角随应变速率的增大而增大。应变速率由0.01s-1增大到1.00s-1,成形温度为500℃时,回弹角由94.64°增大到97.64°;温度为650℃时,回弹角由91.32°增大到94.74°。(4)回弹角随板料厚度的增加而减小,但仅在温度较低时,板厚对回弹的影响显著。温度在300℃,板厚由1.2mm增大到1.8mm时,回弹角由122.7°减小到110.7°。2、不同工艺参数对冲压件减薄规律的影响:(1)减薄率随压边力的增大而增大。等温成形温度低于500℃,压边力对减薄的影响较小。压边力由35KN增大到160KN,温度在300℃时,减薄率由6.7%增大到12.75%;温度在500℃,压边力由35KN增大到80KN时,减薄率由12.44%增大到21.37%。而温度高于650℃,压边力高于50KN时,板料减薄严重,工件开裂。(2)减薄率随摩擦系数的增大而增大。摩擦系数由0.05增大到0.25,等温成形温度为300℃时,厚度减薄率由5.56%增大到10.55%;温度为500℃时,减薄率由9.88%增大到48.18%,且在0.20到0.25阶段,冲压件发生颈缩,濒临破裂。(3)减薄率随应变速率的增大而减小,且不同温度下随应变速率的变化有明显差异。应变速率由0.01s-1增大到1.00s-1时,在300℃下,减薄率由6.73%减小到6.69%;温度650℃时,减薄率由19.44%减小到17.22%。(4)板料厚度对减薄率的影响较小,随厚度增加减薄率略有变化。厚度由1.2mm增大到1.8mm,在300℃时,减薄率由3.79%增大到6.69%;在650℃时,减薄率由13.73%增大到17.05%;在700℃时,减薄率由14.46%增大到18.0%。3、FLC曲线是预测板料开裂的重要依据。本文得出22MnB5在不同温度下部分FLC临界破裂曲线的近似切线斜率值。在300℃时,曲线上最大主应变为1.20,次应变为-0.705,切线斜率约为-0.76;在700℃时,最大主应变为1.09,次应变为-0.521,切线斜率约为-1.42。4、汽车B柱的等温成形工艺中,成形温度越高,B柱减薄越严重,回弹越小。温度为500℃时,减薄率为33.6%,最大法向回弹为1.48mm;温度为650℃时,减薄率为41.9%,回弹仅为1.16mm。5、通过对厚度为1.95mm的U型冲压件与汽车B柱等温成形分析,得出形状不同的冲压件在应变相同处的厚度减薄率相同。说明在等温成形工艺中,形状不同冲压件的成形性能相近,可通过对简单工件成形过程的分析为复杂件的成形提供基础参考数据。
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