高強度鋼板熱成形工藝及多物理場耦合分析研究.pdf

1、在汽車車身上應(yīng)用高強度鋼板是實現(xiàn)汽車輕量化、提高汽車碰撞安全性的有效途徑之一。但隨著鋼板強度的提高，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，在高溫下對板料進行成形，極大的提高了材料的成形性能，解決了高強度鋼板在冷沖壓條件下難以成形的缺點。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，整個過程涉及板料、模具、冷卻系統(tǒng)和周圍環(huán)境之間的換熱，板料在成形與淬火的同時，其應(yīng)力場和溫度場不

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耦合分析方法，探討工藝參數(shù)對熱成形工藝的影響規(guī)律，對制定合理的熱成形工藝及其在實際中的應(yīng)用具有十分重要的指導(dǎo)意義。
　　 本文根據(jù)高強度鋼板熱成形過程中換熱形式及內(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分析的特點及方法。通過有限元軟件ABAQUS對U型件的沖壓過程進行熱力耦合分析，闡述了板料在沖壓過程中的溫度場和應(yīng)力場分布特點及變化規(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熱成形工藝的影響。
　　 在此基礎(chǔ)上，針對熱成形過程中的流體-固體、固體-固體共軛傳熱問題，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，同時利用流體力學(xué)軟件FLUENT模擬分析模具內(nèi)冷卻水的流動與換熱，然后通過集成軟件平臺MpCCI(Mesh-based parallel Code Coupling Inter

4、face)將兩者聯(lián)系在一起，對保壓淬火過程進行熱流固耦合分析，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熱成形工藝的影響。
　　 最后，以高強度硼鋼板USIBOR1500為試驗材料，依據(jù)仿真分析結(jié)果制定熱成形工藝對汽車前立柱下角撐進行試驗試制，并對其中部分熱成形件進行微觀組織分析和力學(xué)性能測試。試驗結(jié)果表明:經(jīng)過熱成形工藝加工后，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，驗證了工藝參數(shù)的合理性，證明采用