autoform變強度及變厚度零件熱成形分析
2017-06-09 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
摘要:本文以乘用車中立柱(B-Pillar)為案例,闡述了變厚度和變強度零件的概念。利用AutoformR6建立有限元模型進行CAE熱成形分析。從分析結(jié)果可以看出該類型零件可以在滿足車身強度的前提下,減輕了一定的車身重量。
關(guān)鍵詞:變厚度 變強度 CAE 熱成型
前言
鑒于汽車的輕量化,安全化和抗沖擊性能,對于高強度汽車機構(gòu)鋼板的需求日益明顯。自從2000年起,更多的熱沖壓零部件被用于汽車上,并且年生產(chǎn)量在2007年已達到1億多件。熱沖壓件在汽車工業(yè)的應用比如說汽車底盤,像A柱,B柱,保險杠,車頂縱梁等零件。常見的熱沖壓類型主要是等厚度、等強度的直接熱沖壓成型,成型后零件的厚度是均與的,零件的強度也是均與的,內(nèi)部是均勻的馬氏體分析。變厚度(TRB零件)根據(jù)強度要求,零件的厚度是連續(xù)變化的,變強度零件根據(jù)碰撞的需求,零件局部是強度高、局部強度低的,也就是由軟硬分區(qū)的。
一:產(chǎn)品要求
如圖1所示,零件的材質(zhì)為22MnB5,要求采用熱成型工藝
零件的厚度分布從左到右T1=1.2,T3=1.4,T5=2.0,T7=1.4,T9=1.2,T2\T4\T6\T8為零件的厚度過度區(qū)域。
零件的強度分布要求,A1區(qū)域為硬度要求低區(qū)域,熱成型后要求硬度在小于280HV,抗拉強度小于850MPa;A2區(qū)域為硬度要求高區(qū)域,熱成型后要求硬度大于450HV,抗拉強度大于1400MPa。過度區(qū)域為60mm。
Fig.1 零件厚度及強度分布圖
二:變厚度及變強度零件分析
1、變厚度
與傳統(tǒng)板材相比,TRB板料可以根據(jù)車身強度要求,將零件的厚度設計成連續(xù)變截面,強度要求高的區(qū)域厚度大,強度要求低的厚底小。例如中立柱,中間區(qū)域是要考慮側(cè)面碰撞要求的,所以零件中間厚度大,往大頭和小頭方向厚度逐漸變小。
TRB生產(chǎn)工藝是通過控制軋機軋輥之間的間隙,來實現(xiàn)板料厚度的連續(xù)變化。
2、變強度
變強度的是指同一個零件中,兩個或多個區(qū)域的的產(chǎn)品機械性能不同,硬度和強度不同。以中立柱為例,在考慮碰撞強度的前提下,需要可以在碰撞的時候局部有吸收碰撞能量,所以上半部零件的硬度高,下部主要是座椅以下,硬度要求低。
硬度要求高的區(qū)域熱成型之后金相分布是均勻的馬氏體,硬度低的區(qū)域熱成型之后金相組織是貝氏體和殘余奧氏體分布。根據(jù)CCT曲線知道要得到均與的馬氏體,冷卻速率需要大于30°C/S,得到貝氏體和殘余奧氏體,冷卻速率10°C/S。因此硬度高的區(qū)域需要通冷卻水進行冷卻,硬度低的區(qū)域需要控制零件與工具之間的溫差及間隙。
分析產(chǎn)品的厚度及強度要求,采用Autoform R6有限元軟件進行熱沖壓成型模擬。
三:有限元模型的建立及參數(shù)設置
1、工具體的導入及網(wǎng)格劃分
利用三維設計軟件進行零件的工藝補充造型設計,利用IGS格式導入到Autoform R6中,進行自適應網(wǎng)格劃分如圖2所示:
Fig.2網(wǎng)格參數(shù)及有限元網(wǎng)格模型
2、TRB板料的設計
Autoform R6TRB板料設計步驟:
1、在Material下設置料片的厚度變化值(如圖3),
2、在Blank下設置料厚分界線(如圖4)。
Fig.3設置料片厚度的變化值
Fig.4料厚分界線設置
3、分析參數(shù)設置
1、加熱溫度及夾持傳送時間
熱成型之前,板料的溫度需要加熱到930~950°C,充分的奧氏體化;板料的傳送時間一般在6~8s;參數(shù)設置如圖5所示
Fig.5板料加熱溫度及夾持傳送時間
2、工具體參數(shù)設計
根據(jù)中立柱的零件造型,工具體分為DIE、PAD、PUNCH、Binder,其中變強度區(qū)域的共具體需要分為熱(R)、冷(L)工具,具體PAD和Binder行程需要根據(jù)實際分析結(jié)果進行調(diào)整。工具體設計如圖6所示
Fig.6工具體設計
3、保壓時間,保壓力及工具體溫度設計
保壓時間一般設計在8s左右,需要現(xiàn)場調(diào)試確認,保壓力初步設計在250T,可以根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試結(jié)構(gòu)修正。如圖7所示
強度低的區(qū)域根據(jù)上面分析知道,工具體需要進行加熱,加熱溫度在500°C左右。設置如圖7所示
Fig.7保壓及工具體溫度參數(shù)設計
1、定位及其他參數(shù)設計
定位可以根據(jù)零件特征進行設計,案例中采用孔定位和邊界定位。
摩擦參數(shù)設計0.45,最終工具體溫度50°C。如圖8所示
Fig.8零件定位設計
四:計算模擬結(jié)果分析
1、成形性結(jié)果
2、零件厚度分布
3、減薄率分析
4、馬氏體分布
5、抗拉強度分析
6、硬度分析
五、結(jié)論
從分析結(jié)果可以看出該類型零件可以在滿足車身強度的前提下,減輕了一定的車身重量。
來源:http://www.jishulink.com/content/post/11e08925-6b20-4873-abe0-a3f40c50b314
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