【热弯曲成形零件变形规律分析案例4000字】

热弯曲成形零件变形规律分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u28348热弯曲成形零件变形规律分析案例 [14]曾在研究中表明，马氏体开始转变温度Ms与拉应力有关，当拉应力在100MPa和150MPa之间时，Ms随拉应力增加而显著提高，当拉应力大于150MPa时，Ms基本稳定在550℃，因此，温度越高，冲压件应力越大，Ms相应提高。(a)800℃(b)850℃(c)900℃图STYLEREF1\s5.SEQpic\s11不同初温下冲压后1.6mm钢板的温度分布(a)800℃(b)850℃(c)900℃图STYLEREF1\s5.SEQpic\s12不同冲压温度下1.6mm钢板成形件的应力分布(a)800℃(b)850℃(c)900℃图STYLEREF1\s5.SEQpic\s13不同冲压温度下1.6mm钢板冲压件水淬20s后的温度分布对三种不同温度下冲压后的1.6mm钢板进行水淬处理20s，最终温度场结果如图5.3。选取折弯处同一点进行温度追踪比对，如图5.4所示。可见，冲压温度越高，淬火开始时零件温度越高，降温越慢。但是由于淬火冷却速度较大，最终淬火件的温度分布差异不大，相组织成分几乎没有差异，基本为马氏体。同时900℃的降温曲线转折点温度高于850℃和800℃，说明初温越高的淬火件发生马氏体转变的开始温度相应越高，与拉应力提高Ms点这一结论相符。图STYLEREF1\s5.SEQpic\s14不同冲压温度下成形件水淬20s后折弯线上一点的温度变化零件成形与冲压速度的关系初始温度为800℃的1.6mm板料，在75mm/s、100mm/s、125mm/s三种冲压速度下冲压成形，最终温度场分布和应力场分布如图5.5和图5.6所示，从图中可以看到，随着冲压速度加快，零件整体温度升高，这是因为冲压速度大，冲压成形时间短，钢板与外界进行热交换的时间相应缩短，导致最终零件整体温度较高。同时，温差从冲压速度75mm/s下的18℃减小到125mm/s下的13℃，可见，冲压速度对成形件的温度分布同样产生影响，冲压速度越大，成形后零件表面温度越均匀，温差越小。随着冲压速度加快，最大应力值不断增加，这主要是由于冲压越快，钢板的应变速率越大，变形抗力同步增加，导致最终成形后材料的应力较大。从图中还可以看出，成形件下表面整个受拉伸区域随着冲压速度增加而扩大，高应力区的比例同样得到了提高。(a)75mm/s(b)100mm/s(c)125mm/s图STYLEREF1\s5.SEQpic\s15不同冲压速度下1.6mm厚的22MnB5钢板在800℃初温冲压后的温度分布(a)75mm/s(b)100mm/s(c)125mm/s图STYLEREF1\s5.SEQpic\s16不同冲压速度下1.6mm厚的22MnB5钢板在800℃初温冲压后的应力分布冲压速度在实际生产中需要综合多方面因素的考虑，速度过慢，生产效率低，且由于零件与模具接触时间延长，可能会导致零件降温严重，致使后续淬火结果不理想；速度过快，则会导致成形件大变形，甚至出现破裂。因此，生产中应选择合适的冲压速度。零件成形与冲压深度的关系为了研究不同冲压深度对冲压件成形的影响，设置三种不同的上模停止条件进行仿真。选取1.6mm钢板在800℃初温下冲压，保持冲压速度为100mm/s。由于冲压后两个侧面形成角度为90°，钢板原始厚度为1.6mm，故当上、下模与钢板表面均接触时，由关系y=2h，上、下模具之间的Y方向距离应为图STYLEREF1\s5.SEQpic\s17上、下模与零件刚接触时的几何关系示意图由图5.8可见，随着冲压深度的增加，钢板成形后的温度和应力均整体提高，且温度和应力均呈现出更加集中的分布。平均温度从冲压深度68.81mm的790℃提高到冲压深度69.27mm的794℃，最高温度则从795℃提高到828℃；应力方面变大的趋势更为明显，由于冲压深度为68.81mm时，实际上上、下模只是刚与钢板接触不久，对侧面还没有造成很大的挤压变形，所以成形后钢板的应力较小，平均为74.5MPa，折弯处最大应力为271MPa，冲压深度为69.07mm时，侧面已经有一定程度的压缩，平均应力为193MPa，折弯处最大应力为292MPa，而冲压深度为69.27mm时，上、下模对钢板都已经造成较大的挤压变形，钢板的平均应力为261MPa，折弯处最大应力为330MPa。 (a)68.81mm，应力分布 (b)68.81mm，温度分布 (c)69.07mm，应力分布 (d)69.07mm，温度分布 (e)69.27mm，应力分布 (f)69.27mm，温度分布图STYLEREF1\s5.SEQpic\s18不同冲压深度下成形件的应力分布与温度分布同时对不同冲压深度最终成形件的厚度分布情况做了模拟。结果如图5.9所示。可见，随着冲压深度的提高，零件减薄率有了明显提升，最小厚度从1.43mm减少到0.784mm，直角弯曲件两个侧面更薄且厚度更加均匀，同时折弯处的增厚也更加明显（最大厚度从2.08mm增大到2.45mm）。这是因为当冲压深度更大时，模具之间距离更小，由关系y=2(a)68.81mm(b)69.07mm(c)69.27mm图STYLEREF1\s5.SEQpic\s19不同冲压深度下成形件的厚度分布零件组织成分与冷却速度的关系图5.10和图5.11分别展示了1.6mm钢板在800℃下冲压完成后水淬和油淬的温度变化曲线，显然，水淬降温速率要大于油淬，同时两幅图也展示了一些相同的特征。首先，降温速率先快后慢，这主要是由于水和油的表面换热系数在低于500℃后就随着温度下降而减小，而且由于工件温度下降，与水和油的温差也在不断缩小，由换热方程Φ=hA∆t可知，热交换量逐渐减少。仿真中假设环境温度不变，稳定在20℃，但在实际淬火过程中，环境温度会在与钢板换热过程中不断上升，因此现实中降温速率是要低于仿真值的。此外，选取折弯处、棱角和它们中间连线上的一点分别记为P1、P2、P3图STYLEREF1\s5.SEQpic\s1101.6mm钢板在800℃初温冲压后水淬温度变化图STYLEREF1\s5.SEQpic\s1111.6mm钢板在800℃初温冲压后油淬温度变化 (a)350W (b)1500W (c)5500W图STYLEREF1\s5.SEQpic\s112不同换热系数下淬火20s后的温度分布与马氏体组织分布水淬和油淬的根本区别在于水和油的换热系数不同，导致弯曲件在它们中的降温曲线不同。为了研究冷却速度对淬火后组织的影响，保持800℃下冲压的1.6mm钢板条件不变，将热交换系数设为定值，分别为350W/m当热交换系数为1500W/m2K (a)冷却曲线 (b)奥氏体组织分布 (c)马氏体组织分布 (d)贝氏体组织分布图STYLEREF1\s5.SEQpic\s113350W/m2K换热系数下的冷却曲线和相组织成分变化综上，在临界冷速30℃/s以上时，冷却速度越快，马氏体含量越高，从而导致零件硬度和强度越高。零件成形、组织成分与厚度的关系 (a)800℃，温度分布 (b)800℃，应力分布 (c)850℃，温度分布 (d)850℃，应力分布 (e)900℃，温度分布 (f)900℃，应力分布图STYLEREF1\s5.SEQpic\s114不同冲压温度下1.2mm钢板成形件的温度分布与应力分布由图5.14可知，1.2mm钢板成形后最高温度和最大应力都是在折弯线两侧，这一点与1.6mm的情况略有区别，这主要是由于1.2mm钢板变形抗力比1.6mm钢板要小，背面拉伸应力要小一些，钢板上表面更快地与上模压头贴合，导致折弯线两侧产生了一定时间的摩擦和拉伸。其中900℃下的应力最高值超过400MPa，系误差点，予以修正，折弯处最大应力应为261MPa（绿色区域）。图STYLEREF1\s5.SEQpic\s1151.2mm和1.6mm钢板冲压件最高温度图STYLEREF1\s5.SEQpic\s1161.2mm和1.6mm钢板冲压件最大应力与不同冲压温度下1.6mm钢板成形件的温度分布和应力分布作对比，如图5.15和图5.16所示，可以得出结论，板料越厚，成形时变形更严重，变形抗力越大，导致最终应力更大，温度也更高。以900℃的冲压温度为例，模拟出1.2mm钢板的水淬温度变化图（图5.17）。可以发现其规律与1.6mm钢板基本相同，都是棱角冷却更快，其次是棱边和中心区域，但是相对于1.6mm来说，1.2mm的棱角快速冷却区域更大一些，由于淬火初始温度由冲压决定，板料越薄，温度越低，所以淬火相同时间的1.2m