高强钢矩形件拉深成形的数值模拟分析

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1、万方数据l绪论提高80％，车身重量减轻25％。项目最新研究成果已于2002年提供给全球各大汽车厂商。为满足减轻车身重量并提高安全性能的需要，最理想的方案是扩大高强度钢板的使用。同时，钢板强度的提升有利于钢板的减薄，即实现轻量化。从节能方面考虑，减小车身重量，可以降低油耗。研究数据表明约70％的燃油是耗费在整车重量上的，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％--一8％t3。5

2、。通用及福特汽车公司用DP钢制造汽车轮盘后，不仅整车重量降低14％，而且疲劳寿命比普通钢提高1倍；福特汽车公司用DP钢制造轿车发动机罩壳，使板厚由原来的1．8mm减薄

3、到0．7舢[Il【6】，燃油消耗大大降低。由此可见，如采用轻量化材料，将对汽车节能具有重要的意义。高强度钢板在材料强度与生产成本方面也具有很强的竞争力，其采用也确实已经成为汽车制造轻量化最有效途径。以上汽通用五菱汽车股份有限公司自主研发的某车型为例，白车身高强度钢板应用比例达56％，横梁、前纵梁、B柱加强板、门槛加强板、A柱下加强板等关键车身部件，均采用550MPa屈服强度以上的超高强度钢，车身最高级别到达DP800，防撞杆达到1500MPa。此车型白车身的净质量300kg左右，并且汽车安全等级达到了欧洲NCAP四星级碰撞标准【7】。图1．2所

4、示分别为在迈腾与马自达6睿翼这两款车型中高强度钢板在车身骨架件中所占的比例。由此可见，在现代汽车制造领域中高强度钢的应用已经越来越广泛了。慰照黑愚釜羹誊，∥≈j麓i誊善冀：鬻i篓翼●图1-2高强度钢板在车身钢板中的比例Fig．1-2Theratioofhighstrengthsteelinauto—body按照国际钢铁协会(IISI)的分类法【8】，可有两种方法来定义高强钢。第一种定义分类法是按其冶金学名称定义分类，可分为低强度钢，传统高强钢(ConventionalHSS)和先进高强钢(AHSS)。先进高强钢不仅提高了钢的强度，而且在成形性能

5、方面也比传统高强度钢有了较大的提高，如DP钢、TRIP钢、CP钢等。第二种定义法是按材料的力学性能来分类，可分为低强度钢、高强钢和超高强钢。通常把屈服强度小于万方数据天津科技大学硕士学位论文210MPa、抗拉强度小于270MPa的钢定义为低强度钢；屈服强度大于210MPa小于510MPa、抗拉强度大于270MPa小于700MPa的钢定义为高强度钢；屈服强度大于510MPa、抗拉强度大于700MPa的钢定义为先进高强度钢。图1．3所示为各类高强度钢的屈服强度与塑性伸长率之间的关系。由图可知，各类钢的塑性随着强度的提高而明显降低。但由于强化机制的不

6、同，在强度提高的同时塑性下降程度也不同。因此，具有强度和塑性综合优良性能的钢种成为高强度钢板的发展趋势。706050霎40耋302010O软钢离强度钢趣离强度钢<270MPa){>700MPa2004006008001∞012001700屈瑕强凄，MPa图1-3各类高强度钢的屈服强度与塑性伸长率之间的关系Fig．1-3Therelationshipbetweenyieldstrengthandplasticelongationofallkindsofhighstrengthsteels由于高强度钢板相对普通钢板具有高强度、高硬度、低塑性、低韧性

7、等特点，因此，这也给冲压生产带来了许多新问题。高强度钢板冲压成形中常见的问题主要有以下几个方面：(1)冲压制件拉毛。拉毛是在两个相对滑移的固体之间产生的一种肉眼可见的表面损伤。制件拉毛是高强度钢板冲压成形过程中常见的缺陷之一。例如，汽车覆盖件的拉毛会直接影响到其表面品质，引起后续涂漆过程中所产生的种种问题。此外，由于其需要大的成形力，在连续加工时，模具温度升高会造成制件与模具摩擦阻力变大，进而发生粘着造成制件严重拉毛，使得模具表面损伤，造成模具寿命的缩短。(2)冲压成形性差。由于高强度钢的塑性较差，因此成形难度也较大。在冲压成形时，材料流动难以

8、控制，板料上的应力应变分布不均，容易产生起皱、深冲裂纹以及成形精度难以控制等问题。例如，对高强度钢板进行拉延成形时会比普通钢板更容易出现开裂，同时对模具型面也异常敏感，型面或过渡面的光滑程度稍差就会导致开裂。(3)板料回弹严重。高强度钢板强度远大于普通钢板，造成其残余应力在成形加工后变大，在板料卸载过程中弹性应变能得到释放，应力得到重新分布后，制件形状更易发生改变。图1．4对比了同一个弯曲工件使用不同材料加工后的结果，DP钢万方数据l绪论的回弹比高强度低合金钢(HighStrengthLowAlloy，HSLA)严重得多。当回弹量超过容差后，就

9、变为成形缺陷，影响制件的尺寸精度，最终导致制件形状的不合格。HSLA350／450图l_4同一模具中加工的两种不同材料工件的回弹【91Fig．I-4S