autoform變強(qiáng)度及變厚度零件熱成形分析

2017-06-09 by:CAE仿真在線來(lái)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(qiáng)度零件的概念。利用AutoformR6建立有限元模型進(jìn)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(qiáng)度的前提下,減輕了一定的車身重量。

關(guān)鍵詞:變厚度變強(qiáng)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(duì)于高強(qiáng)度汽車機(jī)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(dá)到1億多件。熱沖壓件在汽車工業(yè)的應(yīng)用比如說(shuō)汽車底盤,像A柱,B柱,保險(xiǎn)杠,車頂縱梁等零件。常見的熱沖壓類型主要是等厚度、等強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度要求,零件的厚度是連續(xù)變化的,變強(qiáng)度零件根據(jù)碰撞的需求,零件局部是強(qiáng)度高、局部強(qiáng)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(qiáng)度分布要求,A1區(qū)域?yàn)橛捕纫蟮蛥^(qū)域,熱成型后要求硬度在小于280HV,抗拉強(qiáng)度小于850MPa;A2區(qū)域?yàn)橛捕纫蟾邊^(qū)域,熱成型后要求硬度大于450HV,抗拉強(qiáng)度大于1400MPa。過度區(qū)域?yàn)?0mm。

Fig.1 零件厚度及強(qiáng)度分布圖

二:變厚度及變強(qiáng)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(qiáng)度要求,將零件的厚度設(shè)計(jì)成連續(xù)變截面,強(qiáng)度要求高的區(qū)域厚度大,強(qiáng)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(jī)軋輥之間的間隙,來(lái)實(shí)現(xiàn)板料厚度的連續(xù)變化。

2、變強(qiáng)度

變強(qiáng)度的是指同一個(gè)零件中,兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域的的產(chǎn)品機(jī)械性能不同,硬度和強(qiáng)度不同。以中立柱為例,在考慮碰撞強(qiáng)度的前提下,需要可以在碰撞的時(shí)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(jìn)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(qiáng)度要求,采用Autoform R6有限元軟件進(jìn)行熱沖壓成型模擬。

三:有限元模型的建立及參數(shù)設(shè)置

1、工具體的導(dǎo)入及網(wǎng)格劃分

利用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行零件的工藝補(bǔ)充造型設(shè)計(jì),利用IGS格式導(dǎo)入到Autoform R6中,進(jìn)行自適應(yīng)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(shè)計(jì)

Autoform R6TRB板料設(shè)計(jì)步驟:

1、在Material下設(shè)置料片的厚度變化值(如圖3),

2、在Blank下設(shè)置料厚分界線(如圖4)。

Fig.3設(shè)置料片厚度的變化值

Fig.4料厚分界線設(shè)置

3、分析參數(shù)設(shè)置

1、加熱溫度及夾持傳送時(shí)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(shí)間一般在6~8s;參數(shù)設(shè)置如圖5所示

Fig.5板料加熱溫度及夾持傳送時(shí)間

2、工具體參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)中立柱的零件造型,工具體分為DIE、PAD、PUNCH、Binder,其中變強(qiáng)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(shí)際分析結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。工具體設(shè)計(jì)如圖6所示