【摘要】：針對高強鋼汽車輪輻在實際生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)反拉深-翻邊復合工序中中心孔翻邊開裂這一問題,采用有限元數(shù)值模擬的方法,建立了有限元模型,并通過試制輪輻驗證其可靠性.模擬獲得了新型高強鋼材料B550CL在用于輪輻翻邊成形時的應力應變的分布和變化規(guī)律,并進一步對輪輻的損傷和壁厚分布情況進行了分析.研究表明:反拉深-翻邊復合工序中翻邊區(qū)在成形過程中應力應變集中明顯,變形量較大;同時,材料的損傷和壁厚減薄在翻邊區(qū)域也比較嚴重,導致實際成形中翻邊區(qū)可能出現(xiàn)開裂等缺陷.
【圖文】：

紹了不同類型斷裂準則在金屬成形領域的應用．本文采用C－L韌性斷裂準則，并將耦合了韌性斷裂準則的子程序通過Vumat接口嵌入Abaqus有限元軟件，在后處理模塊中便可以得到材料的損傷值、應力三軸度等相關結(jié)果．式(2)為C－L準則的表達式．∫ε－f0(σ1σ－)dε－=C．(2)式中:ε－f為斷裂處發(fā)生的等效應變;σ1為最大主應力;σ－為等效應力;C為材料常數(shù)．1．2輪輻反拉深－翻邊復合工序有限元模型建立以寶鋼車輪有限公司某型號輪輻成形過程為例，其反拉深－翻邊前的截面形狀尺寸如圖1(a)所示，板料厚度為4．6mm;最終成形件截面形狀尺寸如圖1(b)所示．根據(jù)圖1(a)建立反拉深－翻邊前輪輻的幾何模型，采用實體單元建模并用C3D8Ｒ單元進行網(wǎng)格劃分．根據(jù)實際生產(chǎn)中的模具形狀尺寸，將其適當簡化，建立高強鋼B550CL用于某型號輪輻反拉深－翻邊復合工序的模具幾何模型，采用殼單元建模并用Ｒ3D4單元劃分網(wǎng)格．為了避免翻邊孔開裂，實際生產(chǎn)中將中心孔翻邊沖頭設計成如圖2所示形狀，即:反拉深－翻邊復合工序的翻邊成形是一個多次復合翻邊的過程;初次翻邊的凸模是柱狀凸模1，二次翻邊的凸模為錐狀凸模2，最后在拋物線凸模3的作用下成形出最終形狀，完成翻邊過程．!!"#$%&’($%!!")#$%&!*&!"#+$%&’()*+,’-./$%0’1!"#0’1!!"%’,)$%&-(,.$/,)%%0-!1&!"#+$%&’2)*+,’-./圖1高強鋼輪輻反拉深－翻邊復合工序前后外形尺寸·72·材料科學與工藝第23卷

!"#圖2中心孔翻邊沖頭將模具和板料進行裝配，得到高強鋼輪輻反拉深－翻邊復合工序有限元模型，如圖3所示．為了保證模型的穩(wěn)定性，采用較低的加載速度，模擬時上模芯的加載速度設為v=17mm/s;模具與板料間摩擦采用庫倫摩擦模型，摩擦系數(shù)μ=0．15;下模芯活動套的壓邊力根據(jù)實際生產(chǎn)條件，設為5MPa．通過對圖3中高強鋼輪輻反拉深－翻邊復合工序模型的分析可以發(fā)現(xiàn)，翻邊和反拉深成形在整個變形過程中同時進行、相互影響，，且翻邊成形貫穿于整個變形過程，這使得復合工序的變形十分復雜．!"#$%&$%’&$%()’&$%圖3高強鋼輪輻反拉深－翻邊復合工序三維有限元模型1．3有限元模型的可靠性驗證為了驗證所建模型的可靠性，采用上述模擬條件，試制了輪輻反拉深－翻邊復合成形件．將圖1(b)中的3個特征尺寸(翻邊高度H、輪輻高度L、輪輻外徑D)的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比，結(jié)果如表2所示．從表2可以看出，輪輻模擬結(jié)果與試驗結(jié)果相差很小，且均符合成形工藝要求．因此，本文建立的模型是可靠的，可以進行相關的模擬研究．表2高強鋼輪輻復合工序模擬與試驗結(jié)果對比項目H/mmL/mmD/mm工藝要求11+336．7±0．5419．5±1模擬值12．4536．98419．86試驗值12．4236．80419．24絕對誤差0．030．180．622計算結(jié)果與分析2．1成形過程應力分布規(guī)律由于輪輻為回轉(zhuǎn)體零件，其應力應變分布沿周向變化不大，基本沿徑向呈帶狀分布，如圖4所示．因此，選取圖4所示的輪輻截面的一半研究反拉深－翻邊復合工序中材料在厚向和徑向的變形規(guī)律．!""#$"#""$""!"#$%&&!’!圖4輪輻截面示意圖應力三軸度對材料的損傷和斷裂起重要作用，金屬板料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，其內(nèi)部的空穴在拉應力的作用下增大
【作者單位】： 西北工業(yè)大學材料學院;上海梅山鋼鐵有限公司技術中心;上海寶鋼車輪有限公司;
【基金】：西北工業(yè)大學-上海梅山鋼鐵股份有限公司技術中心合作項目
【分類號】：TG386

【參考文獻】

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本文編號：2544850