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双相钢具有高强度和高延性良好配合的优点,目前在高强度钢的应用中被广泛采用。然而随着钢板强度的增加,其延伸率下降,成形性能会大大降低,在常温下很难成形。近年来,板料的温成形方法开始得到广泛使用,可以将温成形技术运用到双相钢板料中以提高成形性能。而在温成形技术中,温成形模具的设计至关重要。
本文针对双相钢温成形模具的设计、关键结构的模拟分析以及相应试验进行了深入研究,具体内容如下:
1)以典型盒形件为例,介绍了双相钢温成形模具的设计,主要包括温成形模具结构的设计要求,模具工作部件的确定,模具加热和冷却方式的选择。
2)基于ABAQUS软件建立了双相钢盒形件温拉深热力耦合有限元模型,并通过模拟得到了凸模温度和不同模具温度布置对双相钢温成形的影响规律,结果发现:凸模温度低于凹模及压边圈温度很多且高于室温时可以提高其成形性能;采用凹模圆角加热的方案已经能基本满足双相钢的成形性能。在此基础上,确定了双相钢温成形模具的加热布置设计方案。
3)基于FLUENT的传热数值模拟,分析了镶拼结构与钻孔结构两种冷却板的冷却散热能力,模拟结果发现:镶拼结构的冷却散热能力只是略高于钻孔结构,但是从速度矢量、压力分布模拟以及实际加工等方面综合考虑来讲,钻孔结构的冷却板更加适合。在此基础上,确定了采用钻孔结构的冷却板。随后,分析了水流速度对钻孔结构冷却效率的影响,发现水流速度对冷却效果影响明显。
4)制造了双相钢温成形模具,随后进行了双相钢不同温度下的盒形件拉深试验,结果发现成形效果比较理想。同时,在温拉深时对模具的加热部件、非加热部件、冷却板以及出口水流温度进行了检测,结果发现所设计制造的加热和冷却系统达到了预期效果。
5)从失效形式、尺寸精度、金相组织以及显微硬度四个方面对盒形件的成形质量进行了分析,结果发现:在常温和400℃冲压成形时,在压边力过小和过大时都分别出现了起皱和破裂现象,符合常见的失效形式;常温和400℃的成形盒形件的板厚、拐角半径、盒形件尺寸经过测量满足尺寸精度要求;400℃的成形盒形件不同区域的金相组织满足预期要求:400℃的成形盒形件不同区域的显微硬度也满足机械性能要求。总体来讲,盒形件的成形质量得到了预期的效果,从而有效的验证了温成形模具设计与制造的有效性和合理性。