[发明专利]一种基于梯度性能提高板材成形极限的方法

说明书

本发明公开一种基于梯度性能提高板材成形极限的方法，涉及材料加工领域，包括以下步骤：1）利用有限元分析软件ABAQUS对金属制件成形过程进行模拟，确定板材成形过程中的大变形区域，即板料厚度减薄严重的区域和破裂区；2）利用感应加热器，在金属板料上围绕大变形区域进行感应加热，产生一个温度场，板材力学性能随温度变化而变化，加热到指定温度后，移开感应加热器，将板材放入模具进行冲压成形。本发明提供的方法主要目的是减小板材成形后的厚度不均，避免变形失稳，提高金属制品寿命和性能；方法简单易行，成本低廉，且对提高板材成形性能有显著效果。

技术领域

本发明涉及材料加工领域，主要涉及一种基于梯度性能提高板材成形极限的方法。

背景技术

工业生产中，金属板材的应用十分广泛，金属板材往往需要被模具冲压成特定的形状再使用，但是在实际的生产中，由于金属板材的成形是一个非常复杂的过程，均匀的金属塑性流动很难实现，一旦某些部位的应变过大，就会导致部分减薄甚至直接产生断裂，这对金属制品的寿命和性能有着非常恶劣的影响，现在，也通过一些手段来防止这种情况的发生，比如模具预热，加入润滑剂等，但是这些方法对提高板材成形性能的作用十分有限，板材成形后，较大变形部位的板材相对较小变形部位的板材还是较为薄弱，应变不均，本发明针对这一弊端提出创新。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于梯度性能提高板材成形极限的方法，具有简单易行，成本低廉，且对提高板材成形极限作用明显的效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于梯度性能提高板材成形极限的方法，包括以下步骤：

1）利用有限元分析软件ABAQUS对金属制件成形过程进行模拟，确定板材成形过程中的大变形区域，即板料厚度减薄严重的区域和破裂区；

2）利用感应加热器，在金属板材上围绕大变形区域进行感应加热，产生一个温度场，板材力学性能随温度变化而变化，加热到指定温度后，移开感应加热器，将板材放入模具进行冲压成形。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2）中感应加热器包括感应线圈和导磁体，所述导磁体使用的是硅钢片叠片，呈“凹”字形，装卡在感应线圈上，所述感应加热器使用机械手夹持，放置在板材成形的大变形区域周围。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1）中所述板材的成形的大变形区域，由有限元分析软件ABAQUS对金属制件的成形过程进行模拟后得出，所述大变形区域周围经感应加热到一定温度后，板材获得梯度性能。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述梯度性能体现为板材力学性能随板材与感应线圈的距离变化而改变，越靠近感应线圈，材料的屈服强度越低，塑性越好。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述感应加热温度由板材减薄程度确定，对金属试件不同温度下的单拉实验，分析实验数据，记录板材塑性改善的温度区间，结合板材成形时大变形部位的减薄程度，在温度区间内选择该部位合理的加热温度，板材大变形区域中厚度减薄率较大，在25%以上时，加热温度在温度区间内上限附近选择，板材厚度减薄率较小，在15%到25%之间时，加热温度在温度区间的下限附近选择。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述单拉实验数据主要包括力位移数据，根据板材力位移曲线显示的信息找出屈服点，当板材屈服点下降为常温下的80%-50%时的温度范围记录为板材塑性改善的温度区间。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果如下：

本发明基于梯度性能提高板材成形极限，有效地改善了材料由于冲压成形的形状差异而产生的应变不均的现象，针对不同的板材和冲压过程，进行不同温度下的单拉实验和成形过程模拟，手段简单，并且十分有针对性，以实验数据为基准进行板材加热方案的设计，利用感应加热器对板材进行精准加热，使其能够达到预想的梯度性能，本方法使用简单，针对性强，对板材冲压成形变形不均的现象有很好的抑制作用。