一種變厚板（vrb）三維熱成形極限圖的構建和使用方法
2023-06-28 16:18:41
一種變厚板（vrb）三維熱成形極限圖的構建和使用方法
【專利摘要】本發明公開了一種變厚板（VRB）三維熱成形極限圖的構建和使用方法，包括：1、在20℃下，測定試樣材料基本參數，該材料基本參數包括材料厚向異性指數r、材料應變硬化指數n、材料常數K；2、在20℃下，利用脹形實驗獲得對應試樣材料某一厚度等厚板不同應變路徑的成形極限曲線；3、根據相應屈服準則將上述對應試樣材料某一厚度等厚板不同應變路徑的成形極限曲線根據公式轉化為相應的成形極限應力曲線；4、重複步驟1-3，做出20℃下不同厚度等厚板的FLSC曲線；本發明將傳統的成形極限應變曲線轉化為成形極限應力曲線進一步轉化為考慮板厚、溫度在內的三維熱成形極限圖，能更直觀及準確的判斷變厚板是否能成功成形。
【專利說明】一種變厚板(VRB)三維熱成形極限圖的構建和使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及變厚板(Variable Thickness Rolled Blanks, VRB)熱成形加工領域，特別涉及變厚板(VRB)成形過程中考慮溫度、厚度等影響因素在內的三維熱成形極限圖的建立和使用方法，主要用於判斷變厚板(VRB)熱成形過程中的破裂，評價變厚板(VRB)的熱成形性能。
【背景技術】
[0002]板料成形是金屬成形的一種重要加工方法，在航空航天、汽車、輕工及家電等製造業中有著非常廣泛的應用。這是因為板料成形具有較多的優點，第一，板料成形生產效率高，操作簡便，便於實現機械化與自動化，第二:板料成形加工零件的尺寸精度是由模具保證的，一般不需要再進行機械切削加工，所以質量穩定，具有較高的尺寸精度。
[0003]儘管板料成形具有較多的優點，但同時也存在一些不足，如:採用板料成形方法進行加工時，板料會出現破壞,其破壞的形式主要有兩種，即拉應力為主導時的拉伸失穩(縮頸直至斷裂)和壓應力為主導時的壓縮失穩(起皺)。因此，在板料成形過程中人們迫切需要知道板料能夠承受的成形極限及在成形過程中發生破壞的時間和位置，以便採取措施加以避免。
[0004]為得到評價板料成形的判據，人們進行了長期的研究，最終，根據板料成形過程中主次應變值繪製了成型極限圖，並慢慢發展成了 一種預測板料成形過程中破裂位置的有效工具，可以方便、準確的預測板料的破裂位置和破裂程度，受到業界的廣泛關注。
[0005]但成形極限圖只適用於線性應變路徑條件。在實際衝壓成型過程中，應變路徑一般會比較複雜，因此傳統的成形極限圖就不再適用於判斷材料的破裂位置。為找到適用於複雜應變路徑下板料破裂位置和破裂程度的預測方法，人們進行了廣泛且深入的研究。
[0006]通過研究，許多研究者發現應力與應變路徑無關的特性，因此，根據相應屈服準則建立了複雜應變路徑下的成形極限應力圖，解決了複雜應變路徑條件下板料成形極限判據問題，對板料成形應力極限的研究有著重要的理論意義與工程應用價值。
[0007]近年來，隨著人們對汽車輕量化要求的提高，新的板料加工工藝也隨之產生，通過改變軋輥之間的間距來控制板料厚度連續變化的工藝已廣泛應用，即生產變厚板(VRB)，變厚板(VRB)具有較多的優點，首先，VRB的厚度是連續變化的具有減重作用；其次，由於VRB的厚度是連續變化的，所以消除了厚度突變處的應力峰值，因此有更好的成形性能；最後，VRB具有較好的表面質量較適用於汽車覆蓋件的加工。
[0008]但是VRB也存在一些問題，目前，不論是FLD還是FLSD都只能預測等厚板的成形性能，因此缺乏對變厚板(VRB)成形性能的預測，更深一個層次，現在廣泛應用的板料熱成形技術具有較多的優點，因此變厚板(VRB)的熱成形也是一個發展方向，這樣也帶來一定的問題，就是對變厚板(VRB)熱成形性能的預測，近幾年，對變厚板熱成形性能的研究已經較為廣泛。
【發明內容】
[0009]本發明所要解決的問題是提供一種變厚板(VRB)三維熱成形極限圖的建立和使用方法，不僅能解決傳統成形極限圖不適於預測變厚板(VRB)熱成形性能的問題，還能提供一種可準確、方便評價變厚板(VRB)熱成形過程中的破裂位置的方法。
[0010]本發明提出了一種變厚板三維熱成形極限圖的建立方法，具體包括以下步驟:
[0011]步驟1、在20°C下，測定試樣材料基本參數；其中，材料基本參數包括材料厚向異性指數r、材料應變硬化指數η、材料常數K ；
[0012]步驟2、在20°C下，利用脹形實驗獲得對應試樣材料某一厚度等厚板不同應變路徑的成形極限曲線；
[0013]步驟3、根據相應屈服準則將上述對應試樣材料某一厚度等厚板不同應變路徑的成形極限曲線根據公式轉化為相應的成形極限應力曲線；
[0014]具體轉化公式如下:
【權利要求】
1.一種變厚板三維熱成形極限圖的構建方法，具體包括以下步驟: 步驟1、在20°C下，測定試樣材料基本參數；其中，材料基本參數包括材料厚向異性指數r、材料應變硬化指數η、材料常數K ； 步驟2、在20°C下，利用脹形實驗獲得對應試樣材料某一厚度等厚板不同應變路徑的成形極限曲線； 步驟3、根據相應屈服準則將上述對應試樣材料某一厚度等厚板不同應變路徑的成形極限曲線根據公式轉化為相應的成形極限應力曲線； 具體轉化公式如下:
2.一種變厚板三維熱成形極限圖的使用方法，具體包括以下步驟: 步驟1、首先，在CATIA、UG或Pro/E中對變厚板料、凸模、凹模、壓邊圈建立實體模型，建完後保存為IGS文件； 步驟2、將步驟I中形成的IGS文件導入DYNAF0RM中進行網格劃分，以及材料屬性的定義，約束條件的添加，對於建好的有限元模型生成DYN文件，再提交LS-DYNA進行求解；步驟3、進行衝壓過程仿真，仿真初始時刻，凸模與板料尚未接觸時，變厚板有限元模型各點的主應力O1值為零，此時也沒有熱量的交換，所以，初始時刻具有相同厚度的點是聚集在三維成形極限圖厚度與溫度平面某一溫度下厚度軸方向上的一系列點； 步驟4、仿真過程中，隨著凸模與變厚板料之間作用力的增加，變厚板料上各點對應的主應力σ ι開始大於零，在對應的三維成形極限應力圖中，變厚板料各主應力均在自己相應厚度平面內移動； 步驟5、成形仿真結束後，從LS-DYNA計算文件中得到變厚板料各點的主應力值0l，將包含主應力以及厚度、溫度信息的點放入建立好的變厚板三維熱成形極限圖中，根據這些點的分布位置，判 斷變厚板料的成形性能。
【文檔編號】G01N3/18GK103871098SQ201410076398
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月4日 優先權日:2014年3月4日
【發明者】李光耀, 孫光永, 崔俊佳, 王濤 申請人:湖南大學