一种热轧高强钢板成形极限图的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种热轧高强钢板成形极限图的计算方法，包括如下步骤：(1)沿着热轧高强钢板轧制方向，采用单向拉伸试验获得至少0

【技术实现步骤摘要】
一种热轧高强钢板成形极限图的计算方法


[0001]本专利技术涉及一种计算方法，具体涉及一种热轧高强钢板成形极限图的计算方法，属于钢板成形极限图的构建方法


技术介绍

[0002]汽车轻量化，主要措施是材料轻量化和结构轻量化。材料以热带冷、高强减薄都是必然趋势。热轧高强钢是汽车底盘件的最主要原料，承担着安全、承载性能，随着强度提高，相应材料的塑性下降，而零件复杂程度未降低，因此材料成形问题越来越突出。成形极限图(FLD)广泛应用于板成形加工领域，配合有限元分析软件，可为零件可成形性分析及模具设计提供高效的评价依据，目前在薄板成形领域的应用已经非常普遍。成形极限图的提出，推动了板材性能、成形性能、成形工艺和质量控制的协调发展，是成形科学中重要的一步。
[0003]FLD的获得一种是根据成形实验测试标准GBT 15825.8进行实验测试，在板料上印制小圆网格的方法来进行材料成形实验，然而存在的问题是实验量大、效率低，且测试结果仅能代表所测试样，热轧钢板的特征就是材料性能波动较大；一种是采用经验或理论计算模型，其中冷轧薄板领域已经开发了相当多的数学模型，但由于热轧钢板与冷轧薄板的组织性能差异，薄板理论公式不适用于热轧钢板，当前热轧钢板使用最多的是Keeler经验公式，然而实验证明Keeler公式的偏差比较大，尤其是在双拉区高估了材料成形能力；还有一种是采用有限元模拟的方式进行成形极限计算，但是有限元分析受材料模型的影响非常大，且有限元模型的假设比较理想化，对于实物材料的表面状态、损伤等难以考虑的非常精确，导致有限元分析的计算精度有限，这也是当前数值模拟亟需提高的部分。
[0004]热轧高强钢由于其成分设计和微观组织特点，随着材料强度的提高和塑性的降低，其成形极限图FLD的应变水平总体呈逐渐降低态势。准确的热轧高强钢FLD可在钢板开发阶段为钢板成分组织设计和冶金制造工艺优化提供评价依据，在零件可制造性阶段提供合理选材和冲压工艺设计及模具设计优化的依据，在零件批量生产阶段可为制造标准制订提供零件工艺公差范围，有效改善钢板到零件全流程的设计和可制造、可加工性。
[0005]中国专利公开号CN 101599094A的专利文件公布了一种建立相变诱发塑性钢板成形极限图的模型方法，具体步骤是：(1)测定TRIP钢板的厚度和应变硬化指数；(2)计算平面应变状态下相变诱发塑性钢板的极限应变值；(3)建立应变坐标系，将数据合成在坐标系上，建立该相变诱发塑性钢板的成形极限图。该专利技术的FLD0依赖于实际的板成形实验测定，不同规格和状态下需要每次进行FLD0的测试。FLD左侧认定为沿45
°
一条直线，FLD右侧则基于胀形区宽度方向应变与厚向应变的比恒定建立了一个主次应变关系式，并采用实验数据回归了一条近似线性的方程式。从该专利技术的实施例可见，冷轧TRIP钢板成形的双拉区实验数据比较符合该预测曲线。但是，显然不满足热轧高强钢的双拉区的极限应变值非线性和往右下倾斜的特点。
[0006]中国专利公开号CN 102620980A的专利文件公布了一种利用神经网络预报板材成形性能的方法，主要通过大量板材成形性试验，采用这些数据通过神经网络进行训练，建立
模糊神经网络模型，再对板形成形性进行预测。其所采用的试验数据有屈服强度、抗拉强度、加工硬化指数和塑性应变比、杯突IE值及钢模胀形FLD的主次应变值。该方案存在的问题是，神经网络属于纯数学模型，依赖于大数据，特别是实测FLD的数据非常重要，有充足的数据库才能训练好模型，实验成本非常高，而且对于不同等级的钢种，其FLD特点并不相同，精确的神经网络模型建立起来难度非常大。
[0007]中国专利公开号CN 103424318A的专利文件公布了一种利用拉深实验和有限元模拟相结合的简便方法，即利用DYNAFORM有限元软件对实际拉深实验进行模拟，人为设定初始 FLD0与并进行调整，直至数值模拟结果与实验结果相吻合，确定该FLD0为该材料的精确FLD0值，再通过Keeler公式计算两侧曲线。该方法的问题是，有限元模拟的精度受材料模型影响很大，该专利技术仅依靠材料拉伸实验所得到的应力应变曲线，无法得到可靠的模拟结果，且Keeler公式计算FLD两侧的曲线已经被证明精度不高，因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术正是针对现有技术中存在的问题，提供一种热轧高强钢板成形极限图的计算方法，该技术方案通过少量的FLD0试验确定适用于热轧高强钢的FLD0计算模型，并基于沟槽理论计算得到FLD两侧曲线，综合得到适用于热轧高强钢的成形极限图FLD。本方案显著减少实验量，同时通过高精度的材料模型确保了理论计算结果的精确度，可高效的对热轧高强钢成形极限图进行准确计算，不仅仅可以计算所测材料，还能分析材料性能波动对成形窗口的影响，为零件可冲压性分析及钢板性能改善提供有效的依据。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下，一种热轧高强钢板成形极限图的计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0010]步骤1：沿着钢板的轧制方向，采用单向拉伸试验获得至少0
°
、45
°
和90
°
三个方向的屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率以及屈服后的工程应力应变曲线，并将实验获得的工程应力-应变曲线转换为真实应力应变曲线；
[0011]步骤2：根据成形实验测试标准GBT 15825.8，采用板成形试验机实测90mm宽度尺寸的矩形或圆形试样，获得典型不同强度等级及不同厚度的高强钢板FLD0；
[0012]步骤3：通过单向拉伸数据与实测FLD0之间进行回归建立符合热轧高强钢FLD0的计算模型，按照式(1)形式进行回归：
[0013][0014]其中a和b为常数，本方案中根据热轧高强钢的FLD0和A
g
多组数据拟合得到式(2)：
[0015][0016]步骤4：根据获得的三个方向的单向拉伸数据，分别采用主流的各向异性屈服准则模型来进行参数识别，当屈服准则模型所预测的屈服应力和各向异性系数均与实验值较吻合时，则可确定材料适用的各向异性屈服准则；
[0017]步骤5：取工程应力应变曲线的屈服点至最大力点之间的数据，转换成真实应变曲线，再采用硬化曲线公式拟合最大力点之后的真实应力应变曲线；
[0018]步骤6：采用MK沟槽模型，基于平面应力假设、根据相应屈服准则和硬化曲线来建
立成形极限计算方程，所测得材料的初始极限主次应变值，再结合计算的FLD0对极限应变值进行修正，获得最终热轧高强钢板的成形极限图。
[0019]作为本专利技术的一种改进，所述步骤5取工程应力应变曲线的屈服点至最大力点之间的数据，转换成真实应力σ和真实应变ε的曲线，再采用硬化方程拟合最大力点之后的真实应力应变曲线，针对热轧高强钢，采用Swift硬化方程外延得到的完整应力应变曲线最为接近，见式(3)：
[0020]σ＝k*(ε0+ε)
n
ꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热轧高强钢板成形极限图的计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：沿着钢板的轧制方向，采用单向拉伸试验获得至少0
°
、45
°
和90
°
三个方向的屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率以及屈服后的工程应力应变曲线，并将实验获得的工程应力-应变曲线转换为真实应力应变曲线；步骤2：根据成形实验测试标准GBT 15825.8，采用板成形试验机实测90mm宽度尺寸的矩形或圆形试样，获得典型不同强度等级及不同厚度的高强钢板FLD0；步骤3：通过单向拉伸数据与实测FLD0之间进行回归建立符合热轧高强钢FLD0的计算模型，按照式(1)形式进行回归：FLD0＝a*A
g
*e
b*t
ꢀꢀꢀ
(1)其中a和b为常数，本方案中根据热轧高强钢的FLD0和A
g
多组数据拟合得到式(2)：FLD0＝2.71*A
g
*e
0.056*t
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(2)步骤4：根据获得的三个方向的单向拉伸数据，分别采用主流的各向异性屈服准则模型来进行参数识别，当屈服准则模型所预测的屈服应力和各向异性系数均与实验值较吻合时，则可确定材料适用的各向异性屈服准则；步骤5：取工程应力应变曲线的屈服点至最大力点之间的数据，转换成真实应变曲线，再采用硬化曲线公式拟合最大力点之后的真实应力应变曲线；步骤6：采用MK沟槽模型，基于平面应力假设、根据相应屈服准则和硬化曲线来建立成形极限计算方程，所测得材料的初始极限主次应变值，再结合计算的FLD0对极限应变值进行修正，获得最终热轧高强钢板的成形极限图。2.根据权利要求1所述的热轧高强钢板成形极限图的计算方法，其特征在于，所述步骤5取工程应力应变曲线的屈服点至最大力点之间的数据，转换成真实应力σ和真实应变ε的曲线，再采用硬化方程拟合最大力点之后的真实应力应变曲线，针对热轧高强钢，采用Swift硬化方程外延得到的完整应力应变曲线最为接近，见式(3)：σ＝k*(ε0+ε)
n
ꢀꢀꢀ
(3)其中ε0为预应变，n为加工硬化指数，k为硬化系数，通过上述数据拟合得到。3.根据权利要求2所述的热轧高强钢板成形极限图的计算方法，其特征在于，所述步骤4根据获得的至少三个方向的单向拉伸数据，分别采用主流的各向异性屈服准则模型来进行参数识别，定义材料屈服准则表达式为其发生屈服时的等效应力与某角度上的屈服面Y(θ)有如下关系：同时，定义一个关于角度θ的屈服函数F
θ
，某角度单向拉伸的屈服应力Y
θ
则有如下关系：Y
θ
＝Y(θ)/F
θ (5)根据以上式，联立具体屈服准则的表达式，可建立关于该屈服准则参数的多个方程，将单向拉伸得到的屈服应力和各向异性系数分别代入，当屈服准则模型所预测的屈服应力和各向异性系数均与实验值较吻合时，则可确定材料适用的各向异性屈服准则。4.根据权利要求3所述的热轧高强钢板成形极限...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维晋，徐国利，裴新华，申庆波，彭扬文，殷胜，
申请(专利权)人：上海梅山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：