【摘 要】
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超高强钢板已经成为汽车行业轻量化的重要材料,热冲压技术也已成为生产超高强度钢冲压件的首选技术。在超高强钢板热成形过程中,热冲压模具持续在循环高温高压下工作,不可避免会产生磨损,磨损逐渐积累最终导致磨损失效,不能继续服役。而超高强度钢热冲压模具的结构复杂、加工精度要求高、材料费用高,其服役寿命很大程度上决定了零件产品的生产成本。因此,本文旨在构建能够适用于计算热冲压模具磨损的磨损模型,将其应用于有限
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划项目:高品质热作模具钢研发与产业化(项目编号:2020B010184002);
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超高强钢板已经成为汽车行业轻量化的重要材料,热冲压技术也已成为生产超高强度钢冲压件的首选技术。在超高强钢板热成形过程中,热冲压模具持续在循环高温高压下工作,不可避免会产生磨损,磨损逐渐积累最终导致磨损失效,不能继续服役。而超高强度钢热冲压模具的结构复杂、加工精度要求高、材料费用高,其服役寿命很大程度上决定了零件产品的生产成本。因此,本文旨在构建能够适用于计算热冲压模具磨损的磨损模型,将其应用于有限元仿真中,对热冲压模具磨损进行研究分析,预测模具磨损失效。通过对22Mn B5超高强钢板和DAC模具钢分别进行高温力学实验和高温摩擦实验,为超高强钢板热冲压模具磨损有限元仿真提供了准确的材料模型和边界条件。以A柱加强板热冲压模具为研究对象,建立了热冲压有限元模型并进行循环冲压仿真,对冲压成形过程模具表面的接触应力、相对滑移速度及温度的演变进行了深入对比分析。结果表明,成形过程模具响应可以分为瞬态和稳态两个阶段,模具响应达到稳态期间,不同冲次下成形过程模具表面的接触应力、相对滑移速度及温度达到稳态变化。基于Python语言开发了Abaqus软件的磨损脚本程序,实现了热冲压模具磨损仿真;应用考虑了温度影响的Archard修正磨损模型,分析了模具稳态条件下,单次冲压模具表面的磨损分布,并研究了冲压速度、工件初始成形温度以及摩擦系数对模具磨损的影响规律。结果表明,冲压速度在50mm/s~90mm/s之间时,模具最大磨损量和冲压速度呈线性关系,随着冲压速度的增大而增大;工件初始成形温度在650℃~850℃之间时,模具最大磨损量和工件初始成形温度呈线性关系,随着工件初始成形温度的升高而减小;摩擦系数在0.1~0.5之间时,模具最大磨损量和摩擦系数呈二次多项式关系,随着摩擦系数的增大,磨损量增长越来越快。分别采用磨损累积法、线性求和法及磨损曲线拟合法对热冲压模具磨损进行预测,并与实际测量结果进行对比验证。结果表明,磨损累积法预测误差为6.02%,线性求和法预测误差为13.67%,磨损曲线拟合法预测误差为10.94%。磨损累积法对模具磨损的预测效果最好,精度最高。
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