毕业论文范文——基于PAM-STAMP的激光拼焊补丁板热成形仿真分析

西安航空职业学院毕业论文基于PAM-STAMP的激光拼焊补丁板热成形仿真分析姓 名： 专 业： 航空电子 班 级： 完成日期： 指导教师: 摘 要：本文利用PAM-STAMP软件对某汽车B柱激光拼焊补丁板热成形过程进行了热力耦合仿真分析，通过CAE仿真模型的建立，相关热成形边界条件的设置，对该补丁板B柱的成形性、温度场及组织厂进行了分析，为实际生产工艺提供了指导意见。关键字：热冲压，补丁板，热力耦合1 前言随着汽车工业的快速发展，安全、环保、舒适及节能已经成为当前汽车制造业追求的目标，采用超高强度钢板制造车身零件是实现车体轻量化和提高碰撞安全性的有效途径1。但是，高强度钢板的强度越高，其越难以成形，尤其对于超高强度钢板，采用常规的冷冲压成形工艺几乎无法成形2补丁板热成形技术可以在提升车身性能的同时降低总成质量和制造成本，是实现车身轻量化的一项先进技术。PAM-STAMP是法国ESI公司推出的专门用于钣金成形分析的数值模拟软件，其在热冲压成形模拟方面中有着较高的精度，目前该软件正广泛应用于热冲压成形先期成形性分析以及热成形模具水道分析3。本文主要以PAMS-STAMP 2018.0 钣金成形有限元软件作为热冲压成形的数值模拟平台，以补丁板B柱作为研究对象，建立了准确的有限元模型，采用热力耦合分析方法对热成形过程进行仿真分析，重点关注了零件成形性及淬火后的组织转变。2 有限元仿真模型的建立2.1 板料线获得图1是利用PAM-STAMP的Inverse模块反求得到的板料外形线，根据热成形的工程经验，其较冷成形的板料线有一定程度的放大，才能保证符合最终零件的要求。图1 优化后的产品料片线及补丁板轮廓线2.2 材料及FEM模型整体料片为两部分激光拼焊而成，其中一部分为材料为1.8mm厚的Usibor 1500（22MnB5），有Al-Si涂层；另一部分为 1.8mm厚的Ductibor 500。图1中同样显示了补丁区域的轮廓线。通过PAM-STAMP的前处理Die Maker for CATIA制作该零件的模面，并导入到PAM-STAMP中进行网格的自动划分，建立如图2所示的FEM模型，包含上模、下模、压板、定位销、翻边刀块等。图2 热冲压仿真FEM模型此外，对于补丁板，需要额外定义焊点部位及相关焊点信息，如图3所示。图3 焊点部位及相关信息为了确保热冲压数值模拟分析的真实可靠性，需要获得不同温度和应变速率的应力-应变曲线，即不同温度下的硬化曲线。对此PAM-STAMP提供了最常用的热成形材料库，本文采用的材料牌号为22MnB5,有Al-Si涂层，其硬化曲线如图4所示，其CCT曲线如图5所示。图4 材料在不同温度和应变速率下的硬化曲线图5 22MnB5的CCT曲线热冲压的主要工艺参数为冲压成形温度810，保压淬火时间10s。2.3 热接触模型热冲压成形过程仿真重点之一就是设置板料与模具之间热接触条件的设置。成形过程中板料与模具之间的温差比较大，绝大部分的热量交换发生在接触面上。一般认为在热冲压成形过程中，板料与模具之间主要存在基于压力（Pressure dependent）热交换和基于间隙（Gap dependent）热交换行为，如图6所示，具体的参数曲线如图7所示。图7 板料与模具表面之间的接触换热条件图8 热冲压过程板料与模具基于间隙和压力的换热系数曲线3 仿真结果分析3.1 零件成形性分析图9给出了零件成形过程中的形变情况，零件法兰边处有些许的起皱。图9 零件在成形过程中的形变情况图10给出了零件的减薄率云图，其中有效区域的最大减薄率为19.2%，并未出现过度的减薄区域，对于补丁板部位，其成形性较好，焊点周围未出现明显的应变增大现象。图10 零件整体减薄率云图（最大减薄率19.2%）图11 补丁板部位应变分布通过图12的FLC曲线能够更加直观的看出该零件在热成形过程中的成形性，零件法兰边处有强烈的起皱倾向。图12 零件成形FLC曲线3.2 零件成形过程温度场结果分析图13显示了零件在翻边工序后温度场情况，由图可以看出零件表面均温为600左右，与实际工艺中温度较为吻合，模具的冷却能力较好，侧壁处温度稍高，无明显的热点区域。图13 翻边工序后零件的温度场变化3.3 零件成形后组织结果分析对于该零件模拟设置的淬火时间为10s。如图14所示，分别为2s，6s，8s和10s时零件的温度场，淬火结束时零件均温约为120。由图可知零件头部的冷却能力还是未满足性能的要求，后续在模具水道设计的时候对该处设计进行修改优化，优化水道后淬火时间可以缩短到8s。2s6s8s10s图14 保压淬火过程中零件马氏体含量云图4 结论文中对某汽车B柱的激光拼焊补丁板热成形过程进行了热力耦合有限元模拟仿真，通过上述的仿真结果可以看出，使用PAM-STAMP软件能够对激光拼焊补丁板的热冲压过程进行精确的仿真。采用1.8mm厚的Usibor 1500（22MnB5）和Ductibor 500激光拼焊后进行热冲压成形时，其保压淬火时间最少为8s，局部区域（零件头部）需要优化水道的设计来提升冷却能力。参 考 文 献1 KERSTRM P. Numerical simulation of a thermo-mechanical sheet metal forming experiment D. Sweden: Lule University of Technology, 2006.2 马宁,胡平,闫康康, 等.高强度硼钢热成形技术研究及其应用J. 机械工程学报, 2011, 46(14): 68-72.3 PAM-STAMP 2G Users Guide. ESI Group, 2018.致 谢 论文的写作过程确实是个艰苦的历程，但是自己还是尽力地投入到这项工作中去，不断地搜集资料，修改与整理论文，其中的艰辛可想而知。 幸运的是，在论文的撰写过程中，我得到了导师的帮助，在此向他表示深深的感谢。导师总是及时、耐心地引导我该怎么样去写好论文并对论文提出了许多宝贵的意见，从导师那里学会的一种“严谨、