高强度钢局部加热辊弯成形分析.pdf

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1、第25卷第3期北方工业大学学报Vo1．25NO．32013年9月J．NORTHCHINAUNIV．OFTECH．Sept．2013高强度钢局部加热辊弯成形分析杨文志阎昱曹坤洋王治(北方工业大学机电工程学院，100144，北京)摘要基于ABAQUS有限元软件，采用完全耦合热应力分析法，建立了高强度钢的局部加热辊弯有限元模型，并在模型中添加相应的热传导、热对流和热辐射边界条件．通过分析相应的温度、应力与应变场的分布，发现辊弯变形区为主要高温区，此区域的散热量和生热量基本相等．其等效应变主要发生在弯角变形区，逐渐靠近弯角变形区部位的塑性应变逐渐明显并且不断变大，弯角中心

2、的应变最大．关键词高强度钢；热辊弯；温度；有限元；ABAQUS分类号TG386世界能源危机和自然环境的污染对汽车工于lO，在常温下很难成形出极小半径的弯曲业的发展都提出了新的要求，节能、环保、安全件．针对上述问题，国内外广泛开展了对高强度和智能化成为当今汽车技术发展的总体趋势．钢热冲压成形的研究，而针对高强度钢板的热各国汽车商都在寻找降低能耗，减小排量的方辊弯成形研究尚属空白．热辊弯成形是三维大法，而车身作为汽车的重要组成部分，改变传统变形的复杂成形工艺，包括横向拉压，纵向拉钢材料而采用高强度钢板将极大地满足现在的压，金属平面剪切和厚度方向的剪切等变形，是需求，推

3、动汽车工业的发展．同时，安全意识的一个在多应力作用下，集几何、材料、边界条件提高使得民众对车身的安全性能有了进一步的等非线性为一体的复杂热力耦合变形过程]，期望，高强度钢也恰好可以满足这一要求_1]．单纯采用理论分析将会极为复杂，难以准确、高辊弯成形是将板料逐步通过多段不同截面效地指导生产实际，而传统的试凑试验方法不形状的轧辊，从而弯曲成形出所需截面型钢的仅调试时间长，难以适应市场变化，而且造成人工艺过程¨2]，作为一种先进的成形技术，辊弯成力和材料的浪费，增加成本]．随着计算机技术形是高强度钢板重要的成形方式．但与一般的的飞速发展，数值模拟技术可以很好地解决这高

4、强钢相比，高强钢由于在微观组织和宏观力一问题，可以极大地减少成本和研发时间，填补学性能上的变化，在生产以及使用技术方面均高强度钢板热辊弯成形研究的空白．带来新的挑战．高强钢具有如下使用技术特点：本研究将针对U型零件的局部加热辊弯1)高强钢材料具有强度高、成形困难、回弹大等成形工艺，建立高强度钢的热辊弯成形工艺的特点[3]，回弹大的特点导致了成形精度难以控有限元模型，通过查找材料不同温度下的应力、制；2)高强钢板抗拉强度高、成形力大，这对其应变数据，将材料不同温度下的力学性能及材进行冷成形易损伤模具，降低其使用寿命，成形料的热学性能参数融合到有限元模型当中，应后回弹

5、量大[4；3)高强度钢极易开裂，延伸率小用大型非线性有限元软件ABAQUS，建立热辊收稿日期：2012—1卜27北京市大学生科学研究与创业行动计划项目．第一作者简介：杨文志，本科生．研究方向：金属塑性成形理论及工艺分析78北方工业大学学报第25卷1．3分析步设置是一个自由表面被紧临的流体加热或降温．本本模拟采用完全耦合热应力分析法，两个模拟中，板料被周围空气包围，通过对流换热不分析步均采用‘Dynamic、Temp—disp、Explicit’断散失热量．该方式边界层系数为重要参数，设类型．第一分析步，为了稳定地建立起轧辊与板置为0．0165，该参数的选取参见文献

6、10．材的接触关系，先使第一对轧辊的下轧辊向上移动，将板材压紧．在这一步中，使第一对轧辊表2板料在不同温度下的传导率的下轧辊只具有Y方向的平动自由度，位移为传导率(w／m℃)温度(℃)15，其他轧辊的所有自由度都为0，限制板材的46．O501O46．0091OO未变形边沿轴的平动自由度以及绕轴和Y46．000200轴的转动自由度．第二步，轧辊绕质心旋转，依39．440400靠摩擦力带动板材，使其向前行进．33．9406001．4热边界条件的施加25．800800在热辊弯成形过程中，设计板材将变形部位用激光瞬时加热，以预定场的方式设置该为3)热辐射．800℃，设置板

7、材其余部位温度和轧辊及环境温自然界的一切温度高于绝对零度的物体度为2O℃．在施加完初始温度条件后，系统内都不停地向空间以电磁波的方式发出热辐的生热主要方式之一为材料塑性变形能转化为射，物体的温度越高，辐射能力越强．辐射能热能，另一部分是板材和轧辊之间摩擦造成的是由物体的内能转化而来，所以必须加以考摩擦热，取板料成形过程中塑性变形功转化为虑．物体的辐射能力由发射率e来衡量．两物热量的百分比为9O；定义接触属性时，除了体表面间的辐射传递热量的计算较为复杂，常规的摩擦属性外，还需要定义热学参数、塑性但当一个表面被另一个大得多的表面包围变形热与摩擦热在接触界面上的传递比例

8、，各时，可