开题报告-边靖.doc

本科毕业设计（论文）开题报告 题 目：高强钢盒形件热冲压成形数值模拟研究 学生姓名： 边 靖 院 （系）： 材料科学与工程学院 专业班级： 材料 1004 指导教师： 李兰云 完成时间： 2014 年 3月 19 日 1 选题背景及意义 由于汽车轻量化和安全性的双重要求，高强钢因其强度高，在汽车领域应用越来越多。而一些形状复杂的零件的冷冲压工艺几乎无法成形，高强度钢板的热冲压技术解决了上述问题。目前成为世界众多汽车生产商关注的热点，通用、福特、大众、沃尔沃等汽车制造公司都在使用热冲压的高强度汽车零件。随着现代工业日新月异的发展，尤其在汽车行业上，为了降低油耗减少排放，满足轻量化和提高安全性的要求1。高强度钢板在冷冲压过程中随着强度的提高，成型性降低，强度越高，成形难度愈大。热冲压成形技术是一项专门用于成形高强度钢板冲压件的新技术，该技术使得热冲压技术成为目前汽车领域生产高强度结构件的主要方式2。热冲压成型工艺是将高强度钢板加热到奥氏体温度范围，在高温下成形几乎没有回弹，具有精度高、成形性好等优点。高强钢在被加热到TAc3，然后在压力机上利用热成型模具冲压成型，并保压淬火，在整个过程中需要快速冷却，以使成形件的组织充分转化为马氏体。热冲压成形工艺流程图1所示，成形后零件的强度可达到1500MPa3。图1-1 热冲压工艺流程图以上对高强钢研究的叙述，主要在加工工艺、原理以及热冲压技术应用方面。但对于热冲压技术成形反面研究较少，接下来主要对次进行研究讨论。2 国内外研究现状2.1 高强钢热冲压的国内研究现状张志强4在介绍了高强钢钢板热冲压技术基础上，建立B柱的热冲压模型，采用耦合数值分析方法得到热冲压过程中板料的温度与厚度分布。马宁，吴文华等5在已建立的高强度钢热成形热、力、相变耦合本构方程的基础上，基于虚功率方程及持续平衡方程建立了热成形静力显式多场耦合有限元列式。将热成形过程中的相变潜热引入温度场,并进行了有限元分析;在自主开发的商业化金属成形CAE软件KMAS(King-Mesh Analysis System)基础上,开发了考虑多场耦合的非线性、大变形热成形静力显式数值模拟模块。包军等5应用ABAQUS软件，对超强度钢板U形件的热弯曲过程进行了数值模拟研究，得到热接触弯曲改善了热弯曲零件底部的淬火效果热接触弯曲可获得比热自由弯曲更好的成形精度，而且不同压边下热接触弯曲回弹军随着压扁的增加而逐渐减小。毕文权毕文权毕文权 7用三维弹塑性有限元模型和MSC.M arc软件对桥壳热冲压成型过程进行模拟，发现桥壳在热冲压过程中盈利和温度值会随冲压温度等参数变化，但分布规律不变，再次基础上确定最佳热冲压工艺参数，冲压温度高于700，冲压速度小于20mm/s。谭志耀等8对硼钢板的热冲压成形性能进行了研究，在不同温度和变形速率下的试样进行了拉伸试验，利用最小二乘法进行多元线性回归建立了刚问状态下的变形抗力数学模型。林建平等9通过对热冲压的时间-温度特征，采用Gleeble3800热模拟系统，对热冲压钢板进行拉伸试验得到性相应的应力-应变曲线，并建立热变形抗力数学模型。王立影 10在研究热冲压成形工艺流程上，对直接影响热重演零件成型质量只要因素进行识别分析，得到模具的材料、冷却设计及冲压工艺参数等对零件质量的影响。张志强11建立B柱模型采用热力耦合数值分析的方法得到热冲压过程中板料的温度与厚度分布，得到材料尾部与压边温度差异。马俊12针对热冲压模具冷却系统，采用宝钢B150HS开展试验，解决高强度钢板局部硬化问题，得到板温度场的稳定速度与与模具初始温度的关系，验证了通过改变模具初始温度实现局部硬化技术的正确性。徐伟力等13学者对钢板热冲压生产工艺中的基本设施进行分析，加热炉、压机、下料装置，以及零件外形、工序设计等进行分析。2.2 刚强钢热冲压的国外研究现状 相比于国内，国外在这方面的研究起步较早，大多集中在汽车工业比较发达的日本及欧洲国家。 Merklein M, Lechler J14对板料进行等温拉伸，获得22MnB5奥氏体状态下材料扎制方向、温度和应变速率对流动性能的影响，再次基础上研究了冷却速度对材料性能的影响。 Turetta A，Bruschi S,Ghuiotti A15采用热膨胀计监控22MnB5的连续冷却转变特征参数，获得了马氏体相变初始温度及奥氏体化最佳温度、保温时间。 文献16-17讲述以B柱热冲压考题为基础，采用热-力耦合的分析方法，建立了其热冲压仿真模型，得到热冲压过程中板料温度及厚度分布，为热冲压模具设计提供依据。如瑞典徳勒欧理工大学、德国纽伦堡大学、德国Munchen理工大学、意大利帕瓦大学，日本横并国立大学、丰桥科技大学，此外伊朗Arak大学都对高强钢板热冲压成形原理和工艺进行研究，主要采用热模拟机、安赛乐生产的USI-BOR1500高强度钢板进行研究。国内外对高强钢热冲压无论从应用用途，加工工艺，内部结构，发展前景都用不少研究，但相对于高强钢盒形件热冲压成形方面研究较少，接下来本次课题将会针对盒形件热冲压成形进行研究分析。3 研究内容针对高强钢盒形件热冲压成形过程，采用三维有限元数值模拟方法研究工艺参数如温度、凸模圆角、凹模圆角、模具间隙、冲压速度、摩擦系数等对该成形件板厚分布、应变场等指标的影响。4 研究方法和步骤1) 查阅相关书籍和文献资料，了解有限元数值分析的基本原理和流程，熟悉盒形件热冲压成形的工艺过程；2) 熟悉有限元软件ABAQUS软件的建模步骤，并根据实际情况选取适合高强钢盒形件热冲压成形的有限元求解算法方法；3) 查阅相关资料，确定高强钢的材料性能以及热冲压成形过程的模拟方法；4) 运用有限元软件建立高强钢盒形件热冲压成形的有限元模型；5) 基于建立的有限元模型，研究分析高强钢盒形件热冲压成形过程的变形行为。5 进度计划 第1周：翻阅有限元书籍、审清论文题目、查阅高强钢方盒形件热冲压冲压成形数字模拟研究的相关资料。 第2周：整理所查的相关资料，初步阅读所查资料并分类。 第3周：根据所查资料开始撰写开题报告、文献综述和翻译英文文献。 第4周：完成开题报告、文献综述和英文文献翻译初稿。 第5周：进一步完善开题报告、文献综述和英文文献翻译。第6-7周：安装ABAQUS有限元软件并熟悉其操作。第8-9周：用ABAQUS软件建造模型。第10-14周：结合理论分析、先前研究者的结论和ABAQUS有限元模拟来综合分析高强钢热冲压成形。第15-16周：完成最终的毕业论文，进行答辩。参考文献 1 王利，杨雄飞，陆匠心. 汽车轻量化用高强度钢板的发展 J. 钢铁， 2006:09 2 王洪俊，范海燕. 检车车身零件制造中的热成型技术 J. 模具制造， 2005:04 3 雷呈喜，崔俊佳，邢忠文等. 高强钢盒形件热冲压成形组织预测 A. 哈尔滨工业大学论 文， 2012:1007-2012 4 张志强. 高强度钢板热冲压技术及数值模拟 J. 华中科技大学论文， 2010:1001-3814 5 马宁，吴文华等. 高强度钢板热成形数值模拟-静力显式 A. 塑性材料报，2006 6 包军，邢忠文，杨玉英，刘红生. 超高强度硼钢板热弯曲数值模拟 A. 哈尔滨工业大学论文， 2009:1005-0299 7 毕文权，王春忠，陈岗. 桥壳热冲压成型过程数值模拟 J. 材料科学与工艺， 2008:04 8 谭志耀，田浩斌等. 硼钢板高温拉伸性能研究 J. 理化试验（物理分册）， 2006：02 9 林建平，王立影等. 超高强度钢热流变形为 J. 塑性工程学报， 2009:0210 王立影，王芝斌. 热冲压成形零件质量控制分析 J. 塑性工程学报， 2010:0111 张志强. B柱热冲压数值分析研究 J. 锻压技术， 2010:0312 马俊. 高强钢热成型模具冷却水道优化设计及成形温度场分析 J. 材料加工工程， 201313 徐伟力，艾健，管曙荣，罗爱辉. 钢板热冲压新技术关键装备和核心技术 J.世界钢铁， 2009:0214 M Merklein 1,J Lechler. Investigation of the the thermo-mechanical properties of hot stamping steels J. Jour-nal of Materials Processing Technology, 2006:452-45515 Turetta A，Bruschi S，Ghiortti A. Investigation of 22MnB5 formability in hot stamping operationsJ. Journal of Materials Processing Technology，2006:396-40016 Oberpriller B，Burkhardt L，Griesbach B. Benchmark3-Continuous press hardening Part B：Benchmark AnalysisC. Switzerland：Institute of Virtual Manufacturing，200817 Naderi M，S