| 主权项 |
一种新型高强钢轮辐拉深冲孔复合工序的数值模拟方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、建立轮辐拉深冲孔过程的三维有限元模型：①新型高强钢板料本构模型的建立；基于ABAQUS/Explicit软件平台及坯料外形尺寸，建立板料的几何模型；根据单向拉伸试验获得板料的力学性能参数，包括：弹性模量E、强度系数K、泊松比v、屈服强度σ<sub>0.2</sub>、抗拉强度σ<sub>b</sub>、硬化指数n、延伸率δ，为研究轮辐成形过程的损伤情况，需选择合适的韧性断裂准则并将其耦合到本构关系中，从而建立起材料的本构模型；②基于ABAQUS/Explicit软件平台，建立高强钢轮辐拉深冲孔过程的几何模型；模具由拉深凹模、拉深压边圈、冲孔凹模、冲头、冲孔压边圈和凸凹模组成，其中，凹凸模在拉深时作为凸模，冲孔时作为凹模；③根据实际生产情况将几何模型进行装配，保持各部件的中心在一条轴线上；④单元选择与网格划分；根据坯料外形尺寸的特点，板料划分单元网格时主要采用C3D8R实体单元进行离散，该单元属于八节点六面体减缩积分单元，能够承受较大的变形，用较低的计算成本获得精度较高的结果；为兼顾有限元模拟精度与效率，对板料与模具圆角接触区域进行网格细化，且板料厚度方向划分四层网格；模型中模具采用R3D4壳单元进行网格划分，由于模具在成形过程中，其单元密度不影响计算精度，可采用稀疏网格进行离散；⑤施加载荷及约束条件，包括凸凹模和冲头的行程及总的成形时间；凸凹模的行程根据实际生产中轮辐的拉深高度而定，为避免动态效应太明显，其幅值曲线采用光滑过渡，冲头的行程根据模具装配图确定，在有限元模型中采用位移加载；⑥定义模型的接触边界条件；模型的接触对包括拉深凹模‑板料上表面、凸凹模‑板料下表面、拉深压边圈‑板料下表面、冲头‑板料上表面、冲孔压边圈‑板料上表面，共5对接触对，各接触对采用面面接触方式，接触算法采用罚函数法；步骤2、验证模型的正确性：计算轮辐拉深过程中变形体动能与内能的比值以及伪应变能与内能的比值，若所述动能与内能的比值在成形过程中不超过预期的数值，则认为板料变形是在准静态下发生的；为进一步验证模型的准确性，将轮辐仿真结果与给定的外形尺寸相比较，若轮辐外形尺寸的仿真结果与所给尺寸相吻合，则验证了所建立模型的正确性；如果发现模型能量比不稳定或者模拟成形后尺寸与给定尺寸相差较大，则返回步骤1重新建模、调试，直至模型满足要求；步骤3、利用ABAQUS软件的后处理模块，分析轮辐拉深冲孔过程中的应力、应变、壁厚分布以及损伤情况，可及时发现新型高强钢材料用于轮辐制造时可能出现的缺陷：①对整个成形过程中轮辐等效应力的分布及变化进行分析，找出其变化规律，等效应力过大的区域就是轮辐成形过程易产生质量问题的危险区域；②对轮辐的等效应变分布及变化进行分析，通过应变云图分析材料的变形程度，轮辐成形过程中等效塑性应变值接近的部位表示材料在这些部位的变形程度相近，不同部分变形程度接近，说明材料的变形均匀；等效塑性应变最大值出现的区域就是轮辐成形的危险区域；相反，如果轮辐成形件不同部分等效应变相差较大，则轮辐成形过程就容易产生壁厚不均匀、局部减薄或增厚及开裂现象；③分析轮辐成形后的厚度分布，观察轮辐是否出现局部过度减薄，预测轮辐成形的危险截面；④对轮辐成形过程的损伤分布进行分析，预测轮辐成形过程的开裂现象；步骤4、改进成形工艺及优化模具参数：当新型高强钢板料用于轮辐制造出现较明显的缺陷时，利用已建立的有限元模型进行工艺和模具的优化设计，通过对模型中模具圆角及模具间隙的调整，以及改变成形过程的压边力和摩擦系数，找到合理的成形工艺和模具参数，在原有轮辐成形工艺的基础上，设计出有利于新型高强钢板料轮辐成形的改进工艺。 |
