板料成形性能及CAE分析

1、板料成形性能及CAE分析文獻(xiàn)綜述引言隨著強(qiáng)度的提高，高強(qiáng)度鋼板塑性變差、成形難度增加。對典型高強(qiáng)度鋼板，如DP 鋼、TRIP 鋼和BH 鋼等在汽車上的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹，介紹了目前處在實(shí)驗(yàn)測試階段的TWIP鋼，具有許多優(yōu)良的性能，只是投入生產(chǎn)中還存在一些尚待解決的問題。對高強(qiáng)度鋼板沖壓生產(chǎn)時(shí)成形性差、回彈嚴(yán)重，以及沖模受力惡劣等常見問題進(jìn)行了分析，最后對高強(qiáng)度鋼板沖壓成形性能研究現(xiàn)狀和回彈影響因素進(jìn)行了總結(jié)。結(jié)果表明，高強(qiáng)度鋼板成形性隨材料、模具和工藝參數(shù)變化而波動(dòng)，所以須綜合研究三者的影響規(guī)律，從而提高高強(qiáng)度鋼板的成形性能。1 高強(qiáng)度鋼板在汽車上的應(yīng)用情況高強(qiáng)度鋼板的拉伸強(qiáng)度一般在350MPa

2、 以上，它不但具有較高的拉伸強(qiáng)度，還有較高的屈服點(diǎn)，具有高的減重潛力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向異性等優(yōu)點(diǎn)，在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用1。高強(qiáng)度鋼板最初主要用于車身的前保險(xiǎn)杠和車門抗側(cè)撞梁。近年來，隨著高強(qiáng)度鋼板的研制和開發(fā)，其成形性、焊接性、疲勞強(qiáng)度和外觀質(zhì)量都有所提高，現(xiàn)在高強(qiáng)度鋼板已被廣泛用來代替普通鋼板制造車身的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和板件2。1. 1 雙相鋼( DP 鋼)DP 鋼是由低碳鋼或低碳微合金鋼經(jīng)兩相區(qū)熱處理或控軋控冷而得到，其顯微組織主要為鐵素體和馬氏體，馬氏體以島狀彌散分布在鐵素體機(jī)體上，DP 鋼的顯微組織示意如圖1 所示3。軟的鐵素體賦予DP鋼較低的屈強(qiáng)比、較大的延伸率，

3、具有優(yōu)良的塑性; 而硬的馬氏體則賦予其高的強(qiáng)度。DP 鋼的強(qiáng)度主要由硬的馬氏體相的比例來決定，其變化范圍為5% 20%，隨著馬氏體的含量增加，強(qiáng)度線性增加，強(qiáng)度范圍為500 1 200MPa。目前大量使用的有DP590、DP780，熱鍍鋅合金化DP980 的研發(fā)工作正在進(jìn)行中4。DP 鋼具有低屈強(qiáng)比、高加工硬化指數(shù)、高烘烤硬化性能、無屈服延伸和室溫時(shí)效等特點(diǎn)，一般用于需要高強(qiáng)度、高的抗碰撞吸收且也有一定成形要求的汽車零件，如車輪、保險(xiǎn)杠、懸掛系統(tǒng)及其加強(qiáng)件等。隨著鋼種性能和成形技術(shù)的進(jìn)步，DP 鋼也被用在汽車內(nèi)外板等零件上。在ULSAB-AVC 計(jì)劃中，DP 鋼在其兩種概念車車身用材料中位居主

4、要地位，均達(dá)74%。通用及福特汽車公司用DP 鋼制造汽車輪盤后，不僅質(zhì)量降低14%，而且疲勞壽命比普通鋼提高一倍。福特汽車公司用DP 鋼制造轎車發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼，使板厚由原來的1.8mm減薄到0. 7mm。上海大學(xué)和上海匯眾汽車制造有限公司研制的汽車底盤零件用DP 鋼，采用St14 雙相鋼取代08VtiRe，成功地制作了桑塔納轎車前懸掛支架殼體，降低了成本，解決了原沖損率居高不下的問題5。1.2 相變誘發(fā)塑性鋼( TRIP 鋼)TRIP 鋼的顯微組織主要是鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體，因此也稱為殘余奧氏體鋼，TRIP 鋼的顯微組織示意如圖2 所示。它是通過相變誘發(fā)塑性效應(yīng)，使鋼板中殘余奧氏體在塑性變形

5、作用下誘發(fā)馬氏體生核和形成，并產(chǎn)生局部硬化，繼而變形不再集中在局部，使相變均勻擴(kuò)散到整個(gè)材料以提高鋼板的強(qiáng)度和塑性。殘余奧氏體分布在鐵素體和貝氏體的基體中，含量在5% 15%，強(qiáng)度范圍為600 1 000MPa。TRIP 鋼具有高延伸率，同DP 鋼相比，TRIP 鋼的起始加工硬化指數(shù)小于DP 鋼，但是TRIP 鋼的加工硬化指數(shù)在很長的應(yīng)變范圍內(nèi)仍保持較高，特別適合脹形成形6。TRIP 鋼主要用來制作汽車的擋板、底盤部件、車輪輪轂和車門沖擊梁等。此外，TRIP 鋼板可作為熱鍍鋅和Zn-Ni 電鍍鋅的基板，以便生產(chǎn)高強(qiáng)度、高塑性、高拉深脹形性以及高耐腐蝕性的鍍鋅板。圖1 DP鋼顯微組織 圖2 TR

6、IP鋼顯微組織韓國浦項(xiàng)制鐵公司已經(jīng)成功開發(fā)出800MPa 和1 000MPa 級的TRIP 鋼，鋼板的成形性能非常好，可以加工成復(fù)雜形狀的汽車部件，目前正著手開發(fā)1 200MPa 級的TRIP 鋼。在日本，三菱汽車公司與新日鐵、住友金屬及神戶制鋼等合作，開發(fā)出汽車底盤零件用TRIP 高強(qiáng)度擋板，在新車型中已有80 余種底盤零件用TRIP 鋼板制造7。在國內(nèi)，寶鋼采用連續(xù)退火生產(chǎn)的TRIP600 鋼板已經(jīng)商業(yè)化，該鋼板具有高的伸長率 和硬化系數(shù)值n。這些性能特點(diǎn)使其可以替代軟鋼沖壓零件。近幾年，寶鋼正在進(jìn)行TRIP800 等鋼種的研究開發(fā)6。1. 3 烘烤硬化鋼( BH 鋼)BH 鋼是鋼板經(jīng)沖壓

7、成形或預(yù)拉深變形后，進(jìn)行烘烤溫度處理( 高溫時(shí)效處理) ，以使鋼板的屈服強(qiáng)度得到一定程度的提高。其特點(diǎn)是沖壓成形時(shí)屈服點(diǎn)低，具有接近普通低碳鋼板的成形性。沖壓加工后，由于噴涂烘干時(shí)的高溫短時(shí)間熱處理使屈服點(diǎn)升高，從而使沖壓件在使用狀態(tài)下具有較高的強(qiáng)度和抗凹陷能力。表1 所示為寶鋼生產(chǎn)的型號為B180H1 的BH 鋼板與普通低碳鋼板抗凹剛度和凹陷深度比較，從表1 中可知，BH 鋼的抗凹性能明顯高于普通低碳鋼。表1 BH 鋼板與普通低碳鋼板抗凹剛度和凹陷深度比較8鋼種厚度/mm抗凹剛度/N增減率/%凹陷深度（平均值）/mmStl4B180H10.800.701538.21801.3100.0117

8、.10.1580.053由于BH 鋼板使汽車用冷軋鋼板的強(qiáng)度、深沖性能和零件的抗凹陷性三者統(tǒng)一起來，同時(shí)還有減輕汽車自重的作用，所以BH 鋼板近年來得到了廣泛的應(yīng)用和研究。日本川崎鋼鐵公司開發(fā)出汽車用440MPa 級BH 鋼板，不僅屈服強(qiáng)度上升，而且實(shí)現(xiàn)了原來BH 鋼板沒有的抗拉強(qiáng)度上升。國內(nèi)寶鋼、鞍鋼和武鋼也均已試制和生產(chǎn)出不同牌號的BH 鋼板，基本上掌握了關(guān)鍵的工藝控制技術(shù)。目前，寶鋼可以生產(chǎn)180、210、240、270 和300MPa 等多個(gè)級別的冷軋普板、電鍍板和熱鍍鋅板三大類BH 鋼板9。1.4 其他高強(qiáng)度鋼孿晶誘導(dǎo)塑性鋼( TWIP 鋼) 具有中等的抗拉強(qiáng)度( 約600MPa)

9、和極高的延展性( 大于80%) ，同時(shí)還具有高的能量吸收能力和無低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度等性能特點(diǎn)，它是一種集高強(qiáng)度、高塑性和高加工硬化率于一體的理想的汽車用鋼10。TWIP 鋼目前最主要的應(yīng)用是車輛防護(hù)。在車輛發(fā)生撞擊時(shí)，這種TWIP 鋼會(huì)變形，鋼的每一個(gè)部分都會(huì)發(fā)生延長，將剩余的變形力傳遞到周圍的部分中，這些部分也會(huì)發(fā)生變形。通過將能量分散到整個(gè)表面，撞擊的動(dòng)能可以更有效地被吸收，從而在撞擊中保持車廂的基本形狀，保證乘客的安全。浦項(xiàng)鋼鐵從2008 年開始，向韓國現(xiàn)代起亞汽車公司，以及克萊斯勒、通用和大眾等汽車公司提供TWIP 鋼標(biāo)本，準(zhǔn)備量產(chǎn)TWIP 鋼。鞍鋼已在實(shí)驗(yàn)室研制出冷軋TWIP590 鋼

10、和TWIP780 鋼，正在研制開發(fā)TWIP980 鋼11。馬氏體鋼( MART 鋼) 的特點(diǎn)是在馬氏體點(diǎn)陣中分布有數(shù)量較少的鐵素體和( 或) 貝氏體，其強(qiáng)度可達(dá)1500MPa 以上，是目前商業(yè)化高強(qiáng)度鋼板中強(qiáng)度級別最高的鋼種。馬氏體鋼由于受成形性的限制，只能用滾壓成形生產(chǎn)或沖壓形狀簡單的零件，主要用于成形性要求不高的車門防撞桿等零件代替管狀零件，減少制造成本。歐洲生產(chǎn)的新型乘用車用鋼的15%是采用熱成形馬氏體鋼板。目前，國內(nèi)寶鋼已能批量生產(chǎn)強(qiáng)度級別高達(dá)1180MPa 和1500MPa 的冷軋馬氏體鋼。QP 鋼是一種新型的高強(qiáng)度和高塑( 韌) 性的馬氏體鋼，可以達(dá)到的力學(xué)性能范圍: 抗拉強(qiáng)度為8

11、00 1500MPa，伸長率為15% 40%。QP 鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)度和塑性綜合性能，作為汽車結(jié)構(gòu)用鋼，可大大減輕車體重量，增強(qiáng)車體抵抗撞擊的能力，提高汽車運(yùn)行的安全性，具有很好的發(fā)展前景。目前，國內(nèi)外對QP 鋼工藝的研究還處于起步階段。2 高強(qiáng)度鋼板沖壓生產(chǎn)中的常見問題汽車零/部件絕大多數(shù)通過沖壓成形。與普通鋼板相比，高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度、硬度較高，塑性、韌性較低，所以沖壓成形性降低，同時(shí)易造成回彈量過大等問題。高強(qiáng)度鋼板沖壓生產(chǎn)中常見的問題有以下幾個(gè)方面2。1) 沖壓成形性差。鋼板高強(qiáng)度化易引起塑性下降，成形性變差。因此在沖壓成形時(shí)，材料流動(dòng)難以控制，板料上的應(yīng)力應(yīng)變分布不均，容易產(chǎn)生深沖裂紋、

12、起皺、回彈大且成形精度難以控制等問題。例如在拉延成形時(shí)頻繁出現(xiàn)開裂，同一零件利用普通鋼板甚至塑性較差的普通鋼板拉延時(shí)都不會(huì)出現(xiàn)開裂的地方也會(huì)發(fā)生開裂。同時(shí)對模具型面異常敏感，型面或過渡面的光順性稍差就出現(xiàn)開裂。2) 回彈嚴(yán)重?；貜検怯芍萍膹椥曰貜?fù)造成的，其大小由模具形狀或制件殘余應(yīng)力沿板料厚度方向的分布決定?；貜椓渴遣牧蠌?qiáng)度的函數(shù)，高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度大于傳統(tǒng)低強(qiáng)度鋼，因此回彈比傳統(tǒng)低強(qiáng)度鋼更嚴(yán)重12。3) 沖壓模具受力惡劣。傳統(tǒng)低強(qiáng)度鋼沖壓成形中，材料的屈服極限一般在200MPa 以下，沖壓模具和設(shè)備的受力不大。高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度比傳統(tǒng)低強(qiáng)度鋼提高了若干倍，因此相比于傳統(tǒng)低強(qiáng)度鋼，高強(qiáng)度鋼沖壓時(shí)載荷

13、成倍上升，沖壓模具和設(shè)備受力惡劣。傳統(tǒng)低強(qiáng)度鋼沖壓中很少出現(xiàn)的模具失效和非正常損毀變得頻繁。此外，高強(qiáng)度鋼板成形時(shí)需要大的成形力，因而使得坯料與模具的接觸壓力增大。成形過程中模具與鋼板之間的接觸壓力增大，接觸面溫度升高，容易引起鋼板與模具間的粘合，加劇工件表面出現(xiàn)劃痕的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量。3 高強(qiáng)度鋼板沖壓成形性能研究現(xiàn)狀沖壓成形性能是指板料適應(yīng)沖壓加工的能力。沖壓成形性能是個(gè)綜合性的概念，主要需要考慮兩個(gè)方面: 一方面是成形極限，希望盡可能減少成形工序;另一方面是要保證沖壓件質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。如何準(zhǔn)確判斷高強(qiáng)度鋼板的成形極限，充分利用材料的塑性，是高強(qiáng)度鋼板沖壓成形性能研究的關(guān)鍵問題之一?；?/p>

14、彈是高強(qiáng)度鋼板成形中的主要質(zhì)量問題，如何采取措施減小高強(qiáng)度鋼板零件的回彈，也是高強(qiáng)度鋼板沖壓成形性研究的關(guān)鍵問題5。3.1 高強(qiáng)度鋼板成形極限的研究現(xiàn)狀成形極限圖( FLD) 是評定薄板成形性能最直觀和有效的方法，在金屬板沖壓成形中使用十分廣泛。FLD 是板料在不同應(yīng)變路徑下達(dá)到局部失穩(wěn)極限時(shí)工程應(yīng)變e1、e2( e1為長軸工程應(yīng)變，e1 = ( LL0) /L0，L 為網(wǎng)絡(luò)變形后橢圓長軸尺寸，L0為原長，e2類同) 或真實(shí)應(yīng)變1、2( 1為長軸真實(shí)應(yīng)變，1 = ln( L /L0) ，2類同) 構(gòu)成的條帶形區(qū)域或曲線。成形極限圖如圖3所示( 圖3中，d 為實(shí)驗(yàn)印制的網(wǎng)格直徑) ，其全面反映了

15、板料在單向和雙向拉應(yīng)力作用下的局部成形極限( 平面應(yīng)力狀態(tài)下厚向應(yīng)變3 = 0) 。FLD 適用于預(yù)測簡單加載路徑下的板料成形極限。為了滿足不同材料性能和制造加工的要求，彌補(bǔ)FLD 與路徑相關(guān)的不足，生產(chǎn)實(shí)際中大多采用“安全裕度法”來解決。但是對高強(qiáng)度鋼板而言，由于其成形性能比低碳鋼板等普通板料差，成形極限相對較低，若也在FLD 上設(shè)定一個(gè)較大的安全裕度來評定其成形性能，則鋼板成形的設(shè)計(jì)柔性將會(huì)明顯減小。汽車用零件通常形狀比較復(fù)雜，不能一步?jīng)_壓成形13。近些年來，部分研究人員提出了初步認(rèn)為是與加載路徑無關(guān)的新的成形極限判據(jù): 成形極限應(yīng)力圖( FLSD) ，這使得預(yù)測復(fù)雜加載路徑下板料多道次成

16、形的極限成為可能。國內(nèi)關(guān)于FLSD 的研究起步較晚，研究成果主要集中于北京航空航天大學(xué)和南京航空航天大學(xué)。實(shí)際應(yīng)用中，由于應(yīng)力的不易測量以及復(fù)雜路徑的難以實(shí)現(xiàn)，極限應(yīng)力值通常通過測量破壞點(diǎn)某一特殊路徑下的極限應(yīng)變，然后利用塑性本構(gòu)關(guān)系換算得到。因此FLSD 若得到工程應(yīng)用，需解決如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)變路徑的實(shí)驗(yàn)方法，以及板料成形應(yīng)力的在線測量技術(shù)。同時(shí)，F(xiàn)LSD 是否一定與板料所經(jīng)歷的應(yīng)變路徑無關(guān)，尚有待進(jìn)一步論證。對于某些復(fù)雜路徑下塑性較差、破裂時(shí)沒有明顯縮頸現(xiàn)象的板料成形，韌性破裂準(zhǔn)則能夠較好地預(yù)測其成形極限，而且還能考慮應(yīng)變路徑的變化。高強(qiáng)度鋼板在發(fā)生斷裂前的頸縮不是很明顯，在板料成形過程中，

17、利用有限元數(shù)值模擬獲得變形中每一時(shí)刻的應(yīng)力應(yīng)變場，韌性破裂準(zhǔn)則( DFC) 根據(jù)板料成形過程中應(yīng)力、應(yīng)變及塑性變形能的變化來預(yù)測韌性破裂的發(fā)生。研究人員利用DFC 作為破壞判據(jù)預(yù)測其成形極限開展了相關(guān)工作。目前在板料成形中，DFC 只在一些簡單軸對稱形狀沖壓件的成形過程得到應(yīng)用，在高強(qiáng)度鋼板成形極限預(yù)測中未見實(shí)際工程應(yīng)用14。3.2 高強(qiáng)度鋼板回彈問題的研究現(xiàn)狀隨著高強(qiáng)度鋼板的大量應(yīng)用，沖壓件卸載后產(chǎn)生的顯著回彈及由此引起的形狀不良、貼模性及定形性差的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，使成形件的成形精度受到極大影響，回彈問題逐步成為高強(qiáng)度鋼板在使用過程中的瓶頸問題。石磊15針對寶鋼600MPa 級高強(qiáng)度鋼板零件在

18、沖壓成形中的變形特點(diǎn)、材料性能要求及其對回彈缺陷的敏感性進(jìn)行了研究，從模具和工藝的角度出發(fā)，利用仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段，對彎曲類零件和拉深類零件的回彈特性進(jìn)行了深入的研究，總結(jié)和歸納了模具及工藝參數(shù)600MPa 高強(qiáng)度鋼彎曲和拉深成形后回彈的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，同強(qiáng)度級別的鋼板，TRIP 鋼回彈最大、DP 鋼次之、HSLA 回彈最小?；貜椊菍Σ牧闲阅艿拿舾行皂樞蛞来螢? 彈性模量硬化系數(shù) 屈服強(qiáng)度 硬化指數(shù)。吳磊12等通過一個(gè)典型汽車高強(qiáng)度鋼零件的實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)合有限元仿真技術(shù)，針對高強(qiáng)鋼零件生產(chǎn)中常見的制造精度問題，系統(tǒng)研究了DP590 材料的屈服強(qiáng)度、硬化指數(shù)、板料厚度和摩擦因數(shù)的波動(dòng)對

19、該零件回彈的影響規(guī)律。結(jié)果表明，對回彈波動(dòng)的影響程度由強(qiáng)至弱依次為屈服強(qiáng)度、板料摩擦性能、硬化指數(shù)、板料厚度。從減少回彈波動(dòng)量的角度出發(fā)，應(yīng)按以上順序?qū)貜椀牟▌?dòng)進(jìn)行控制和選擇材料。肖華等以典型高強(qiáng)度鋼DP 鋼的U 形件彎曲回彈為例，結(jié)合數(shù)值模擬方法及正交試驗(yàn)，對材料力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行了回彈影響程度的靈敏度分析，得出了各參數(shù)影響回彈的靈敏度排序。研究結(jié)果表明，在板料的力學(xué)性能參數(shù)中，彈性模量對回彈的影響最明顯，其次為硬化系數(shù)、硬化指數(shù)、初始屈服應(yīng)力及各向異性參數(shù)r0，而r45及r90對回彈量幾乎沒有影響。材料、模具和成形工藝條件是影響板材回彈缺陷的關(guān)鍵因素，三者的相互作用和匹配直接影響零件形狀尺

20、寸的穩(wěn)定性，因此，必須深入研究各因素對高強(qiáng)度鋼板回彈規(guī)律的影響，并針對不同類型的回彈缺陷研究相應(yīng)的控制手段。同時(shí)，由于有限元技術(shù)在工程中的推廣，使得對汽車車身零件的成形及回彈進(jìn)行仿真成為可能。4 結(jié)語汽車用高強(qiáng)度鋼是汽車輕量化的關(guān)鍵材料之一，對汽車發(fā)展起著舉足輕重的作用。汽車工業(yè)的迅速發(fā)展使得環(huán)保、能源等問題日益突出，因此汽車用高強(qiáng)度鋼發(fā)展的總趨勢將是高強(qiáng)度化及良好的成形性。隨著各種先進(jìn)的成形工藝以及模擬仿真技術(shù)的快速發(fā)展，可以相信，不久的將來，性能更高的汽車用高強(qiáng)度鋼的開發(fā)和應(yīng)用必將取得更大的進(jìn)展。蓄電池支架成形過程模擬利用課堂上所學(xué)習(xí)到的方法進(jìn)行板料的模擬過程。前面的步驟都是相同的，在工具

21、設(shè)置上采用傳統(tǒng)設(shè)置和快速設(shè)置這兩種方法來操作。傳統(tǒng)的設(shè)置方法具有很大的靈活性，能夠設(shè)置所有的成形模擬過程，與之相反，快速設(shè)置方法不具備很大的靈活性，但是由于對模具結(jié)構(gòu)的類型做了一些假設(shè)，在此基礎(chǔ)上程序自動(dòng)的完成了在傳統(tǒng)設(shè)置方法里需要手工完成的任務(wù)，如運(yùn)動(dòng)曲線的定義，這樣使得快速設(shè)置方法不具備很大的易用性。1.數(shù)據(jù)庫操作1.1導(dǎo)入模型選擇菜單【File】【Import】，彈出如圖1所示的對話框，在模型文件的存放目錄下找到兩個(gè)文件：die.igs和blank.igs。然后單擊【導(dǎo)入】按鈕依次導(dǎo)入這兩個(gè)文件。圖1 導(dǎo)入文件對話框?qū)肓慵?，模型顯示如圖2所示。圖2 導(dǎo)入的零件模型選擇菜單【File】

22、【Save as】，輸入DNING.df，單擊【保存】按鈕1.2 編輯數(shù)據(jù)庫中的零件層 選擇菜單【Part】【Edit】，顯示出編輯零件層的對話框，如圖3所示，所有已經(jīng)定義的零件層都顯示在列表中，零件層用名字和識別號表示出來。我們可以改變零件層的名字和標(biāo)識號，同時(shí)，也可以從數(shù)據(jù)庫中刪除零件層。從零件層中選擇“C001V0001”,在【Name】輸入框中輸入“BLANK”,選好顏色后，單擊【Modify】確認(rèn)編輯。同理再選擇“C006V002”零件層，在【Name】輸入框中輸入“DIE”,選好顏色，單擊【Modify】確認(rèn)。圖3 Edit Part 對話框（編輯前） 圖4 Edit Part 對

23、話框（編輯后）2.網(wǎng)格劃分2.1 坯料網(wǎng)格劃分選擇菜單【Tools】【Blank Generator】【Boundary Line】，選擇【Boundary Line】選項(xiàng)，如圖5所示。圖5 Select Option對話框打開選擇線的對話框單擊點(diǎn)選按鈕，如圖6所示，選中屏幕上顯示的所有線段，單擊【OK】按鈕，彈出如圖7所示的對話框。在【Tool Radius】中輸入“1.0”作為相關(guān)模具的圓角半徑，單擊【OK】接受半徑值，在彈出的對話框中選【Yes】接受生成的網(wǎng)格。保存數(shù)據(jù)。 圖6 Select Line選項(xiàng) 圖7 Mesh Size對話框圖8 劃分的坯料網(wǎng)格單元2.2 曲面網(wǎng)格劃分關(guān)閉BL

24、ANK零件層，打開DIE零件層，并且設(shè)置DIE為當(dāng)前零件層。選擇菜單【Preprocess】【Elements】。從彈出的選項(xiàng)框中選擇【Surface Mesh】，如圖9所示。設(shè)置【Max.Size】(最大單元值)為2.0，如圖10所示，其他各項(xiàng)的值采用默認(rèn)值。選擇曲面，在這里我們選擇【Displayed Surf】，單擊【OK】接受選擇，單擊【Apply】，再點(diǎn)【Yes】接受劃分好的網(wǎng)格結(jié)果如圖11所示。保存數(shù)據(jù)庫。 圖9 Element選項(xiàng)框 圖10 Surface Mesh對話框圖11 劃分的曲面單元網(wǎng)格2.3 網(wǎng)格檢查選擇菜單【Preprocess】【Model Check/Repai

25、r】（1）檢查邊界【Model Check】【Display Model Boundary】，關(guān)閉所有的單元和節(jié)點(diǎn)，結(jié)果如圖12所示，可以看出沒有缺陷。圖12 顯示的邊界線單擊工具欄上的【Clear】清除高亮顯示的邊界，再打開之前關(guān)閉的節(jié)點(diǎn)和單元。（2）確定法線方向【Model Check】【Auto Plate Normal】，顯示一個(gè)新的對話框，選擇【CURSOR PICK PART】,點(diǎn)擊顯示區(qū)域內(nèi)的任一單元來確定法向的一致性。如圖13所示該處所示法向和本來的法向相同，我們單擊按鈕【Yes】確定單元法向向下。圖13 單元法向的選擇 3.工具設(shè)置傳統(tǒng)設(shè)置3.1 創(chuàng)建PUNCH零件層選擇菜單

26、【Part】【Creat】。創(chuàng)建一個(gè)新的零件層PUNCH,如圖14所示。圖14 Creat Part 對話框選擇菜單【Preprocess】【Element】，如圖15所示，從對話框中選擇Offset，在彈出的對話框中Thick一欄輸入1.1，選擇單元（Select Element），如圖16所示，選擇顯示區(qū)內(nèi)所有單元，單擊OK，如圖17所示，再點(diǎn)Apply，則所有等距生成的單元將放在PUNCH零件層中，如圖18所示。 圖15 Element對話框 圖16Copy Element 圖17 Select Element圖18 偏移出的PUNCH3.2 創(chuàng)建BINDER零件層同3.1一樣創(chuàng)建新的零

27、件層BINDER，這個(gè)零件層將容納從PUNCH分離出來的單元。選擇菜單【Part】【AddTo Part】，打開對話框，如圖19所示，單擊【Element】，打開選擇單元對話框，如圖20所示.選擇單元時(shí)，我們采用【Spread】，按住【Angle】滑動(dòng)條選擇角度為1，分別點(diǎn)擊兩邊法蘭上的任意單元，顯示高亮后，點(diǎn)擊OK，確定To Part欄是BINDER,再點(diǎn)擊Apply，則所選中的單元都已經(jīng)被移動(dòng)到BINDER零件層，結(jié)果如圖21所示。 圖19 AddTo Part對話框 圖20 Select Element對話框 圖21 AddTo Part對話框 圖22 分離出的BINDER3.3 分離B

28、INDER和PUNCH零件層 選擇菜單【Part】【Separate】，打開Select Part對話框，如圖23所示。在列表中選擇PUNCH和BINDER。單擊OK完成操作。3.4 拉延類型設(shè)置選擇菜單【Tools】【Analysis Setup】。在【Draw Type】下拉菜單中選擇“Single action”作為拉延類型，如圖24所示。 圖23 Select Part對話框 圖24 Analysis Setup對話框3.5 工具定義選擇菜單【Tools】【Define Tools】，從【Tool Name】下拉菜單中選擇DIE。單擊【Add】按鈕，打開Select Part對話框，選

29、擇DIE,點(diǎn)擊OK，DIE就被定義了，如圖25所示。 圖25 Define Tools對話框重復(fù)以上步驟定義PUNCH和BINDER。3.6 定義坯料選擇菜單【Tools】【Define Blank】。在彈出的對話框中點(diǎn)擊Add，選擇BLANK，將BLANK添加到列表中，單擊【Material】定義材料選擇DQSK36，完成定義，結(jié)果如圖26所示。 圖26 Define Blank對話框3.7 自動(dòng)定位工具選擇菜單【Tools】【Position Tools】【Auto Position】，顯示如圖27所示的Auto Position Tools對話框，按如圖所示的對應(yīng)選擇，即可得到最后定位的

30、結(jié)果，如圖28所示。 圖27Auto Position Tools對話框 圖28 自動(dòng)定位的各工具3.8測量DIE的運(yùn)動(dòng)行程選擇菜單【Tools】【Position Tools】【Min Distance】，顯示出如圖29所示的Min.Distance對話框，選擇Z方向作為測量距離的方向。測得的結(jié)果如圖所示。工具DIE和PUNCH之間的最小距離約為22.50mm，那么DIE的運(yùn)動(dòng)行程就是最小距離減去等距厚度（坯料厚度+10%）。此處得到的DIE的運(yùn)動(dòng)行程大約為21.4mm。圖29 Min.Distance對話框3.9定義DIE的速度曲線選擇菜單【Tools】【Define Tools】。從【T

31、ool Name】下拉菜單中選擇“Die”,如圖30所示，然后單擊【Define Load Curve】按鈕。打開Tool Load Curve對話框中，采用默認(rèn)的【Motion】曲線作為曲線類型，所有的選項(xiàng)，結(jié)果如圖所示。 圖30 Define Tools對話框 圖31 Tool Load Curve對話框 圖32Motion Curve 圖33 凹模的運(yùn)動(dòng)曲線圖3.10定義壓邊圈的壓力曲線從【Tool Name】下拉菜單中選擇“Binder”，然后單擊【Define Load Curve】按鈕，在打開的Tool Load Curve對話框中，采用Force曲線作為曲線類型，壓力取20000

32、N,所有選項(xiàng)與結(jié)果如圖所示。 圖34Tool Load Curve對話框 圖35 壓邊圈的壓力曲線3.12 設(shè)置分析參數(shù)，求解計(jì)算選擇菜單【Analysis】【LS-DYNA】,彈出如圖36所示的對話框，在【Analysis Type】下拉列表中選擇【Job Submitter】，控制參數(shù)都選默認(rèn)，單擊【OK】，求解器就開始進(jìn)行運(yùn)算，如圖37所示。 圖37 分析參數(shù)設(shè)置對話框 圖38 模擬分析計(jì)算窗口4.快速設(shè)置4.1從DIE中分離出BINDER所完成的操作就是將DIE法蘭部分的單元移動(dòng)到BINDER中。創(chuàng)建BINDER零件層，和前面的操作一樣。隨后就是要將法蘭部分的單元放置到這個(gè)零件層中。選

33、擇菜單【Parts】【AddTo Part】，顯示如圖39所示。單擊【Element（s）】按鈕，出現(xiàn)如圖40所示的對話框，和前面的操作類似選擇【Spread】，【Angle】選擇1，在左右兩邊的法蘭部分分別選擇任意一個(gè)單元，出現(xiàn)高亮顯示，單擊【OK】，【Apply】就可以得到偏置出來的BINDER。4.2 快速設(shè)置界面選擇菜單【Setup】【Draw Die】，彈出如圖所41示的對話框，未定義的工具是紅色高亮顯示。選擇拉延類型（single action）上?？捎茫║p Tool Available）。定義工具，定義BINDER，單擊【BINDER】按鈕，打開Define Tool對話框，單

34、擊【Select Part】按鈕。然后在打開的Define Binder對話框中單擊下面的【Add】按鈕。從零件層列表中選擇BINDER，單擊OK,可以看到定義的工具變成綠色。重復(fù)同樣的操作定義DIE。 圖39 AddTo Part對話框 圖40 Select Elements對話框定義坯料，除了和前面定義工具相似之外，還要定義材料，在【Material Library】中進(jìn)行選擇。選擇DQSK36,單擊OK，完成坯料的定義如圖42所示，再Apply一下，結(jié)果如圖43所示。選擇【Preview】檢查運(yùn)動(dòng)關(guān)系，無誤后，點(diǎn)擊【Submitter】提交計(jì)算。過程與傳統(tǒng)設(shè)置類似。圖41 快速設(shè)置對話框

35、 圖42 工具定義完后的快速設(shè)置界面 圖43 工具自動(dòng)設(shè)置結(jié)果5 后處理5.1 讀入結(jié)果文件d3plot到eta/Post在eta/Post中，選擇菜單【File】【Open】，打開如圖44所示的對話框，選擇d3plot，讀入文件，就可以進(jìn)行后處理分析了。圖44 Select File對話框圖45 FLD成形極限圖圖46 厚度云圖厚度比較均勻，也沒有出現(xiàn)起皺和破裂等現(xiàn)象。通過成形極限圖和厚度云圖可以看出在設(shè)定條件下，該工件的成形條件是非常好的。1孫浩然, 苗鐵嶺. 汽車用傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼和先進(jìn)高強(qiáng)鋼 J. 金屬世界, 2010, 06): 24-27+25.2謝磊磊, 唐荻, 江海濤, 等. 汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼的成形性能 J. 塑性工程學(xué)報(bào), 2013, 01): 84-88.3Y. F. Shen, C. H. Qiu, L. Wang, 等. Effects of cold rolling on microstructure and mechanical properties o