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一種變厚板（vrb）三維熱成形極限圖的構(gòu)建和使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變厚板（VRB）三維熱成形極限圖的構(gòu)建和使用方法，包括：1、在20℃下，測定試樣材料基本參數(shù)，該材料基本參數(shù)包括材料厚向異性指數(shù)r、材料應(yīng)變硬化指數(shù)n、材料常數(shù)K；2、在20℃下，利用脹形實(shí)驗(yàn)獲得對(duì)應(yīng)試樣材料某一厚度等厚板不同應(yīng)變路徑的成形極限曲線；3、根據(jù)相應(yīng)屈服準(zhǔn)則將上述對(duì)應(yīng)試樣材料某一厚度等厚板不同應(yīng)變路徑的成形極限曲線根據(jù)公式轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的成形極限應(yīng)力曲線；4、重復(fù)步驟1-3，做出20℃下不同厚度等厚板的FLSC曲線；本發(fā)明將傳統(tǒng)的成形極限應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)化為成形極限應(yīng)力曲線進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為考慮板厚、溫度在內(nèi)的三維熱成形極限圖，能更直觀及準(zhǔn)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(gòu)建和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變厚板(Variable Thickness Rolled Blanks, VRB)熱成形加工領(lǐng)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(nèi)的三維熱成形極限圖的建立和使用方法，主要用于判斷變厚板(VRB)熱成形過程中的破裂，評(píng)價(jià)變厚板(VRB)的熱成形性能。
【背景技術(shù)】
[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、輕工及家電等制造業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用。這是因?yàn)榘辶铣尚尉哂休^多的優(yōu)點(diǎn)，第一，板料成形生產(chǎn)效率高，操作簡便，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)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(jìn)行機(jī)械切削加工，所以質(zhì)量穩(wěn)定，具有較高的尺寸精度。
[0003]盡管板料成形具有較多的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在一些不足，如:采用板料成形方法進(jìn)行加工時(shí)，板料會(huì)出現(xiàn)破壞,其破壞的形式主要有兩種，即拉應(yīng)力為主導(dǎo)時(shí)的拉伸失穩(wěn)(縮頸直至斷裂)和壓應(yīng)力為主導(dǎo)時(shí)的壓縮失穩(wěn)(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(fā)生破壞的時(shí)間和位置，以便采取措施加以避免。
[0004]為得到評(píng)價(jià)板料成形的判據(jù)，人們進(jìn)行了長期的研究，最終，根據(jù)板料成形過程中主次應(yīng)變值繪制了成型極限圖，并慢慢發(fā)展成了 一種預(yù)測板料成形過程中破裂位置的有效工具，可以方便、準(zhǔn)確的預(yù)測板料的破裂位置和破裂程度，受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。
[0005]但成形極限圖只適用于線性應(yīng)變路徑條件。在實(shí)際沖壓成型過程中，應(yīng)變路徑一般會(huì)比較復(fù)雜，因此傳統(tǒng)的成形極限圖就不再適用于判斷材料的破裂位置。為找到適用于復(fù)雜應(yīng)變路徑下板料破裂位置和破裂程度的預(yù)測方法，人們進(jìn)行了廣泛且深入的研究。
[0006]通過研究，許多研究者發(fā)現(xiàn)應(yīng)力與應(yīng)變路徑無關(guān)的特性，因此，根據(jù)相應(yīng)屈服準(zhǔn)則建立了復(fù)雜應(yīng)變路徑下的成形極限應(yīng)力圖，解決了復(fù)雜應(yīng)變路徑條件下板料成形極限判據(jù)問題，對(duì)板料成形應(yīng)力極限的研究有著重要的理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。
[0007]近年來，隨著人們對(duì)汽車輕量化要求的提高，新的板料加工工藝也隨之產(chǎn)生，通過改變軋輥之間的間距來控制板料厚度連續(xù)變化的工藝已廣泛應(yīng)用，即生產(chǎn)變厚板(VRB)，變厚板(VRB)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，首先，VRB的厚度是連續(xù)變化的具有減重作用；其次，由于VRB的厚度是連續(xù)變化的，所以消除了厚度突變處的應(yīng)力峰值，因此有更好的成形性能；最后，VRB具有較好的表面質(zhì)量較適用于汽車覆蓋件的加工。
[0008]但是VRB也存在一些問題，目前，不論是FLD還是FLSD都只能預(yù)測等厚板的成形性能，因此缺乏對(duì)變厚板(VRB)成形性能的預(yù)測，更深一個(gè)層次，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的板料熱成形技術(shù)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，因此變厚板(VRB)的熱成形也是一個(gè)發(fā)展方向，這樣也帶來一定的問題，就是對(duì)變厚板(VRB)熱成形性能的預(yù)測，近幾年，對(duì)變厚板熱成形性能的研究已經(jīng)較為廣泛。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)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(tǒng)成形極限圖不適于預(yù)測變厚板(VRB)熱成形性能的問題，還能提供一種可準(zhǔn)確、方便評(píng)價(jià)變厚板(VRB)熱成形過程中的破裂位置的方法。
[0010]本發(fā)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(shù)；其中，材料基本參數(shù)包括材料厚向異性指數(shù)r、材料應(yīng)變硬化指數(shù)η、材料常數(shù)K ；
[0012]步驟2、在20°C下，利用脹形實(shí)驗(yàn)獲得對(duì)應(yīng)試樣材料某一厚度等厚板不同應(yīng)變路徑的成形極限曲線；
[0013]步驟3、根據(jù)相應(yīng)屈服準(zhǔn)則將上述對(duì)應(yīng)試樣材料某一厚度等厚板不同應(yīng)變路徑的成形極限曲線根據(jù)公式轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的成形極限應(yīng)力曲線；
[0014]具體轉(zhuǎn)化公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種變厚板三維熱成形極限圖的構(gòu)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(shù)；其中，材料基本參數(shù)包括材料厚向異性指數(shù)r、材料應(yīng)變硬化指數(shù)η、材料常數(shù)K ； 步驟2、在20°C下，利用脹形實(shí)驗(yàn)獲得對(duì)應(yīng)試樣材料某一厚度等厚板不同應(yīng)變路徑的成形極限曲線； 步驟3、根據(jù)相應(yīng)屈服準(zhǔn)則將上述對(duì)應(yīng)試樣材料某一厚度等厚板不同應(yīng)變路徑的成形極限曲線根據(jù)公式轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的成形極限應(yīng)力曲線； 具體轉(zhuǎn)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(duì)變厚板料、凸模、凹模、壓邊圈建立實(shí)體模型，建完后保存為IGS文件； 步驟2、將步驟I中形成的IGS文件導(dǎo)入DYNAF0RM中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以及材料屬性的定義，約束條件的添加，對(duì)于建好的有限元模型生成DYN文件，再提交LS-DYNA進(jìn)行求解；步驟3、進(jìn)行沖壓過程仿真，仿真初始時(shí)刻，凸模與板料尚未接觸時(shí)，變厚板有限元模型各點(diǎn)的主應(yīng)力O1值為零，此時(shí)也沒有熱量的交換，所以，初始時(shí)刻具有相同厚度的點(diǎn)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(diǎn)； 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(diǎn)對(duì)應(yīng)的主應(yīng)力σ ι開始大于零，在對(duì)應(yīng)的三維成形極限應(yīng)力圖中，變厚板料各主應(yīng)力均在自己相應(yīng)厚度平面內(nèi)移動(dòng)； 步驟5、成形仿真結(jié)束后，從LS-DYNA計(jì)算文件中得到變厚板料各點(diǎn)的主應(yīng)力值0l，將包含主應(yīng)力以及厚度、溫度信息的點(diǎn)放入建立好的變厚板三維熱成形極限圖中，根據(jù)這些點(diǎn)的分布位置，判 斷變厚板料的成形性能。
【文檔編號(hào)】G01N3/18GK103871098SQ201410076398
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】李光耀, 孫光永, 崔俊佳, 王濤 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)