摘 要
车的发展给人们的生活带来了极大的便利，但同时也带来了严重的能源消耗以及空气污染问题。为了降低汽车的油耗和环境影响，汽车轻量化已成为汽车行业发展的重要方向。热成形技术是汽车轻量化、提高汽车抗冲击形以及防撞性能的重要途径。热成形过程数值模拟的准确性对热成型零件的设计和制造具有重要的指导作用。本文基于Autoform软件，建立了 B 柱的热成形模型, 采用热力耦合数值分析的方法得到了热成形后零件的厚度，温度分布及破裂起皱的趋势分布等, 通过跟实际调试后的零件的对比，验证了模拟结果的准确性。
关键词：热成型 有限元 数值模拟 Autoform
一、引言
十四五时期，我国要努力趋向“碳达峰”和“碳中和”愿景，必须大力推动经济结构、能源结构、产业结构转型升级。在“双积分”政策引导下，汽车行业也在大力开展节能减排工作，并以轻量化、新能源作为节能减排的主要手段。对于传统燃油车，当汽车重量减少10%，燃油效率可以提高约8％；而纯电动汽车因为增加了三电系统导致其重量大幅上升，减轻重量可以减
少电池容量或提升续航里程，因此新能源车型轻量化需求比传统燃油车更为迫切。从汽车性能角度考虑，汽车的轻量化有助于汽车的“行驶、转弯、停车”三大基本性能的提高。汽车白车身（解决碰撞安全性问题的车身骨架）是抵御碰撞侵入和能量吸收核心单元，约占汽车总重量的30%。随着日益严格的碰撞安全法规，加强白车身成为必然应对手段，因此全球汽车企业均面临着日益增大的车身加强与轻量化间的矛盾。其中热成形[1]技术对高强钢板进行成形, 在进行热成形前需将坯料加热到高温，使坯料奥氏体化，然后通过快速冷却，得到完全马氏体组织, 如图1，如采用 22 MnB5高强钢板热成形技术制造汽车保险杠，其强度可达1500MPa以上[ 2 ]，该技术已成为世界上众多汽车生产厂商关注的热点。
图1 热成形技术原理
悦动通用、福特、大众、沃尔沃等汽车制造公司都在大量使用热成形的高强度汽车零件，某些车型上使用量高达30%。但是热成形作为一项新技术，国外厂商实行严密的技术封锁和垄断，国内在该技术的研究应用方面还处于探索与尝试阶段。本文以某车型B柱加强板上半段索兰托论坛
零件为例，在基于Autoform软件，建立了 B柱热成形仿真模型, 通过模拟仿真计算，得到了热成形后零件的厚度，温度分布及破裂起皱的趋势分布等，并与实验结果进行了对比, 验证了数值分析的可靠性。
二、成形过程仿真
性价比最好的suv2.1 有限元模型的建立
成形模型如图 2 所示, 下模为凹模和PAD，上模为凸模和压边圈，热成形过程中，虽然是通过间隙控制，但板料与模具件的流动阻力还是存在的。压边圈的作用就是抑制法兰边的起皱并提供一定的进料阻力。使用PAD就是在模具闭合或者压边圈压合之前就已经作用于板料。它不但可以抑制局部的起皱，还可以防止一些较深的凸包类特征的开裂。
图2 仿真模型
2.2 仿真参数的分析和设定
2.2.1加热温度的设定
加热温度需要设定在金属再结晶的温度以上，即板料能够完全奥氏体化的温度，加热温度会影响硼的偏聚。适当的加热温度可促进钢的奥氏体化和硼的偏聚。通过偏聚合适含量的硼，能够很好地起到提高淬透性作用，使材料得到全部马氏体组织[3]。板料初始温度通常设定在930℃以上，保温时间5分钟左右，具体数值需要根据板料情况再进行调整。
2.2.2 传热系数
这里的传热系数包括板料与环境间的传热系数HTC1和成形中板料与模具间的传热系数HTC2。由于板料与环境的热交换包括对流和辐射，其中对流传热系数为一定值，但辐射传热系数随温度变化而变化，热别是在高温条件下，辐射传热占据主导地位，因此合成后的HTC1曲线形状如图3 （a）中红线所示，温度越高，传热系数越大，传热速度越快。
HTC2也为变量，随板料和工具间的接触力而变化，计算时需要输入初始HTC值和变化规律曲线，图3（b）所示，曲线的横坐标为接触力，单位为兆帕，纵坐标为比例系数，则某一点的 HTC2=初始HTC*比例系数。
jeep大切诺基价格(a) HTC1 曲线 ( b) HTC2曲线
图3 传热系数曲线
2.2.3摩擦系数
高温下板料与成形工具间的摩擦系数值是明显大于冷冲压的，一般来说，摩擦系数越大，材料流动阻力变大，板料在变形过程中越不易起皱，但是容易产生过大的减薄甚至开裂。在高温条件下，摩擦系数受到温度、接触压力、摩擦面相对滑动速度的影响，有相关实验
五菱宏光图片表明，温度越高，摩擦系数越高，而接触压力和摩擦面相对速度越大，摩擦系数越小，接触力和相对速度跟摩擦系数的关系很难用曲线来表示，所以在Autoform中计算时，一般只设定一个固定值来近似计算，取值范围在0.45-0.6之间。
发布评论