【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(fù)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(yīng)力應(yīng)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(fù)合工序中翻邊區(qū)在成形過程中應(yīng)力應(yīng)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(dǎo)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(lǐng)域的應(yīng)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(yīng)力三軸度等相關(guān)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(yīng)變;σ1為最大主應(yīng)力;σ－為等效應(yīng)力;C為材料常數(shù)．1．2輪輻反拉深－翻邊復(fù)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(fù)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(shè)計成如圖2所示形狀，即:反拉深－翻邊復(fù)合工序的翻邊成形是一個多次復(fù)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(fù)合工序前后外形尺寸·72·材料科學(xué)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(fù)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(shè)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(shè)為5MPa．通過對圖3中高強鋼輪輻反拉深－翻邊復(fù)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(fù)合工序的變形十分復(fù)雜．!"#$%&$%’&$%()’&$%圖3高強鋼輪輻反拉深－翻邊復(fù)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(fù)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(guān)的模擬研究．表2高強鋼輪輻復(fù)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(yīng)力分布規(guī)律由于輪輻為回轉(zhuǎn)體零件，其應(yīng)力應(yīng)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(fù)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(yīng)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(yīng)力的作用下增大
【作者單位】： 西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院;上海梅山鋼鐵有限公司技術(shù)中心;上海寶鋼車輪有限公司;
【基金】：西北工業(yè)大學(xué)-上海梅山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心合作項目
【分類號】：TG386

【參考文獻】

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1 黃建科;董湘懷;;金屬韌性斷裂準則的數(shù)值模擬和試驗研究[J];材料科學(xué)與工藝;2010年04期

2 張立玲;圓孔翻邊應(yīng)力應(yīng)變分析[J];鍛壓技術(shù);2002年01期

3 劉志云,何成宏,楊國泰,黃菊花;錐狀凸模圓孔翻邊的應(yīng)力應(yīng)變分析[J];鍛壓技術(shù);2004年02期

4 紀蓮清;謝歡;;內(nèi)孔翻邊時變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律研究[J];鍛壓技術(shù);2007年01期

5 虞松;馮維明;王戎;;金屬韌性斷裂準則的實驗研究[J];鍛壓技術(shù);2010年01期

6 邱曉剛;吳曉星;曾慶江;鐘鳴;;微型車輪輻零件翻邊成形的工藝改進[J];鍛壓技術(shù);2011年01期

7 高蔚然;方剛;張小格;;鋼制車輪輪輻沖壓成形的有限元模擬[J];鍛壓裝備與制造技術(shù);2010年03期

8 余心宏;翟妮芝;翟江波;;基于Oyane韌性斷裂準則的板料成形極限預(yù)測[J];材料科學(xué)與工藝;2009年05期

9 邱曉剛;吳曉星;曾慶江;鐘鳴;;微型汽車輪輻零件翻邊成形仿真[J];計算機輔助工程;2011年02期

10 童恬;現(xiàn)代乘用車鋼制車輪的技術(shù)發(fā)展[J];汽車工藝與材料;2005年08期

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 崔令江;汽車覆蓋件沖壓變形趨向性控制[J];材料科學(xué)與工藝;2004年04期

2 王紅衛(wèi),丁光顯;12×4J輪輻翻邊變形分析及工藝改進[J];鍛壓技術(shù);2004年01期

3 李聚群;楊曉紅;姚志英;;管材擴徑時摩擦對變形狀態(tài)的影響[J];鍛壓技術(shù);2008年01期

4 朱正光;楊曉紅;;拉彎工藝的數(shù)學(xué)力學(xué)分析[J];鍛壓技術(shù);2008年03期

5 章志兵;王同俊;柳玉起;杜亭;李志剛;;汽車覆蓋件修邊與翻邊工序的快速仿真系統(tǒng)[J];鍛壓技術(shù);2008年04期

6 王萬新;;空調(diào)翅片自動沖片機的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計[J];鍛壓技術(shù);2009年05期

7 王建平;武歡歡;鳳立娟;盧杉;;基于Deform分析與正交試驗法的中厚板翻孔參數(shù)選擇[J];鍛壓技術(shù);2010年04期

8 王偉;柳玉起;鐘文;郝明;章志兵;;基于Pro/E平臺的修邊線展開與翻邊成形模擬系統(tǒng)[J];鍛壓技術(shù);2010年06期

9 邱曉剛;吳曉星;曾慶江;鐘鳴;;微型車輪輻零件翻邊成形的工藝改進[J];鍛壓技術(shù);2011年01期

10 李淑玉;田福祥;;汽車散熱器罩修邊-沖孔復(fù)合模設(shè)計[J];鍛壓技術(shù);2011年01期

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1 張鐵軍;許峰;葛振亮;童桂英;亓召琴;方世杰;;汽車車輪的生命周期評價[A];第九屆中國鑄造協(xié)會年會論文集[C];2010年

2 韓志永;王磊;惠炳威;;淺談鋼制車輪的生產(chǎn)及質(zhì)量改進[A];第九屆河南省汽車工程技術(shù)研討會論文集[C];2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 杜亭;面向沖壓全工序與設(shè)計全流程的板料成形模擬系統(tǒng)[D];華中科技大學(xué);2008年

2 章志兵;面向沖壓產(chǎn)品設(shè)計的快速仿真與優(yōu)化技術(shù)的研究[D];華中科技大學(xué);2008年

3 張慧芳;BTi-62421S合金高溫變形行為及應(yīng)用研究[D];中北大學(xué);2011年

4 閆玉曦;帶鋼邊部缺陷在軋制過程中的開裂行為研究[D];華東理工大學(xué);2014年

5 何建麗;核、火電裝備結(jié)構(gòu)鋼高溫成形斷裂判據(jù)及其應(yīng)用研究[D];上海交通大學(xué);2014年

6 曹傳亮;精沖模具崩刃失效機理及壽命改善方法研究[D];華中科技大學(xué);2014年

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1 楊光;無內(nèi)胎鋼車輪旋壓成型工藝分析研究[D];天津理工大學(xué);2011年

2 王宏;多彎曲型材成形建模及道次分析[D];鄭州大學(xué);2011年

3 梅欣華;金屬成形過程斷裂行為的數(shù)值模擬技術(shù)研究[D];燕山大學(xué);2011年

4 趙德全;管材滾壓剪切過程的數(shù)值模擬及其預(yù)測系統(tǒng)的研究[D];燕山大學(xué);2011年

5 殷丹華;收縮盤聯(lián)接的應(yīng)力分析方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

6 王仕全;輕合金的高頻振動輔助沖裁研究[D];重慶大學(xué);2011年

7 聶麗萍;車用高強鋼MAG焊焊接工藝研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

8 王偉;基于Pro/E的修邊展開與翻邊成形仿真系統(tǒng)的開發(fā)[D];華中科技大學(xué);2011年

9 張朝閣;翻邊工藝的試驗研究及數(shù)值模擬[D];南昌大學(xué);2005年

10 廖代輝;汽車覆蓋件修邊線計算方法研究及其工程應(yīng)用[D];湖南大學(xué);2006年

【二級參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐丙坤,施法中;板料沖壓成形回彈的數(shù)值模擬[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2001年02期

2 官英平,張 濤,趙 軍;圓孔翻邊等效應(yīng)力分布及極限翻邊系數(shù)的研究[J];燕山大學(xué)學(xué)報;2002年03期

3 張立玲;圓孔翻邊應(yīng)力應(yīng)變分析[J];鍛壓技術(shù);2002年01期

4 余心宏;翟妮芝;翟江波;;應(yīng)用韌性斷裂準則預(yù)測板料的成形極限圖[J];鍛壓技術(shù);2007年05期

5 焦明華;于軍濤;解挺;俞建衛(wèi);劉q;;板材沖壓成形回彈模擬的評述[J];鍛壓技術(shù);2007年06期

6 劉先蘭;張文玉;劉楚明;;細觀損傷力學(xué)及其在金屬塑性加工中的應(yīng)用[J];鍛壓技術(shù);2008年01期

7 趙國偉,王元勛,陳建橋,李榮峰,祝洪川;板料成形回彈的數(shù)值模擬與影響因素[J];鍛壓裝備與制造技術(shù);2005年03期

8 楊鋒平;孫秦;;韌性金屬材料漸進斷裂的有限元算法研究[J];金屬學(xué)報;2008年04期

9 徐成林,朱偉成,邱楓,柳澤,高翔;輪輻沖壓成形過程的數(shù)值分析[J];機械工人;2002年05期

10 徐遠杰;Tresca與Mises屈服理論值的比較[J];力學(xué)與實踐;1994年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 胡星;基于材料硬化的高強度鋼板壓邊力設(shè)計方法[D];上海交通大學(xué);2007年

本文編號：2544850