基于Dynaform的B柱热冲压成形过程仿真优化

5.2.4.1 仿真类型设置

在对B柱零件进行热冲压成形仿真时，选择零件的冲压方向为Z轴；工具运动的加速时间可以选择0.001s，这样既能够方便理想化的分析，而且不容易造成计算的不收敛；由于涉及热力学过程，需要选择Coupled thermal structural a- nalysis，如图5-5所示。

各部分零件位置关系如图5-5所示，该位置关系由现场工况得到。5.2.4.2 材料模型的定义

Dynaform与AutoForm都是常用的仿真软件，但是Dynaform中可以选择不同的材料模型，能更为贴切的定义材料。该项设置在Blank界面完成。对于热成形材料22MnB5，选择106号弹性-黏塑性-热材料模型，因为模型没有对称且没有折叠情况，所以Symmetry type中选择none，Contact中不选择Single surface。在Thickness中设置冲压板料的厚度，如图5-6所示。

22MnB5材料的性能主要由三部分组成，即基本物理性能、力学性能和成形性能。在106号材料模型中，通过密度、弹性模量、泊松比、热膨胀系数、黏性系数、应力-应变曲线及成形极限曲线进行定义。

图5-5 综合设置及零件位置设置

图5-6 Blank界面设置

在热冲压中由于温度历程和相变的存在，零件在热成形和模具内淬火的过程中，均有不同程度的体积变化，该现象由热胀冷缩和相变体积应变引起，将影响最终的开模变形与尺寸超差。通过DIL试验，精确获得了板料在热冲压温度历程下的DIL曲线，可以仿真板料模具中成形与冷却过程中的热胀冷缩及相变体积应变，因此可以精确再现热胀冷缩与相变体积应变对成形结果的影响，与冲压实际情况更加贴切。应力-应变曲线也在常温和不同高温下分别定义。各参数设置如图5-7所示（在Dynaform软件中，采用的温度单位为℃，下同）。

图5-7 各参数设置

a）106号材料参数 b）弹性模量 c）泊松比 d）热膨胀系数 e）黏性系数C f）黏性系数P

图5-7 各参数设置（续）

g）各温度应力-应变曲线 h）FLC

5.2.4.3 热成形工具的设置(www.xing528.com)

B柱零件主要涉及6个工具，分别为die（固定凸模）、punch（凸模）、pad1（凹模分块）、pad2、binder1（压边圈1）及binder2（压边圈2）。在Dynaform的Tools中，需要对工具的定位方向、工作方向、模具形面偏置、行程进行设置，如图5-8所示。

设置die中的Movement为0，以其为基准位置；设置punch中的Movement为-240，代表punch沿着它运动方向的负向移动240mm；设置binder1中的Movement为-210，代表binder1沿着它运动方向的负向移动210mm；设置pad1中的Movement为60，代表pad1沿着它运动方向的正向移动60mm。

由于导入的曲面为凹模的形面，而板料在凹模以上，所以凹模、凹模分块不需要偏置，凸模、压边圈需要偏置出一定的数值。5.2.4.4 热参数、热边界条件和接触设置

因为本数值模拟只包含一个板料，故在Blank中，选择统一热材料，故选择Common thermal material。此外，材料的比热容及传热系数均与温度相关，并且模具钢基本属于热各向同性材料，因此材料的类型选6∗MAT_THERMAL_ISO-TROPIC_TD_LC。默认材料的热密度与物理密度相同，因此设为0.0kg/m³作为默认值。板料及工具热参数设置如图5-9所示。

设定未进行热交换前板料开始温度为800℃，模具开始温度为50℃，辐射因子为0.6SBC，由于采用20倍加速法，而Dynaform自身没有对环境对流参数进行自动放大，因此需要人工放大，实际传热系数为50W/（m²·K），加速20倍后，传热系数1000W/（m²·K），如图5-10所示。

图5-8 热成形工具的设置

图5-9 板料及工具热参数设置

a）热参数设置 b）热密度设置 c）板料比热容设置 d）板料传热系数设置 e）工具比热容设置 f）工具传热系数设置

Ls-DYNA中的传热过程分两个部分：在零件最大间隙之外，系统认为零件单纯与环境进行热交换；在最大间隙与最小间隙之间，系统认为零件之间进行热交换，发生热传递的模具最小间隙为0.035mm，最大间隙为0.5mm。由于两个模具相接触时，采用单向算法，可以忽略其对环境空气的对流与辐射，因此选择第一个复选框。如图5-10所示。

图5-10 热边界条件设置及接触设置

5.2.4.5 成形过程参数设置

在Dynaform中可通过设置实现冲压过程。由于采用了时间加速算法，因此具体的仿真工艺参数设置中与时间相关的选项均放大了20倍。

如图5-11所示，closing1中punch、binder1速度参数设置为2400；closing2中punch、binder1速度参数设置为2400，pad2压力参数设置为10；closing3中punch、binder1速度参数设置为2400，pad1、pad2压力参数设置为10；drawing中punch速度参数设置为2400，binder1、binder2压力参数设置为0.1，pad1、pad2压力参数设置为10；time中punch压力参数设置为10，binder1压力参数设置为0.1，保压时间0.175。