复杂截面超高强钢薄壁构件的辊弯成形断裂预防控制方法技术

本发明专利技术提供一种复杂截面超高强钢薄壁构件的辊弯成形断裂预防控制方法，涉及辊弯成形的技术领域。所述辊弯成形断裂预防控制方法具体包括：在辊弯成形完整过程中，以Oyane韧性断裂准则作为断裂产生的评判标准，融合辊弯成形策略和辊弯成形工艺参数来综合考虑断裂预防控制，在配置机组工艺参数时，依据不同机组参数范围的差异性，通过断裂预防数学模型求解，在其可调区间内采用工艺参数调整方法，依据现场实际生产条件，设定工艺参数取值范围和最优趋向值，从而求解出最优工艺参数组合。本发明专利技术可以有效预防复杂截面超高强钢薄壁构件辊弯成形弯角断裂缺陷，节约了生产成本，提高了复杂截面超高强钢薄壁构件的质量和成材率，利于工业大规模生产和推广。工业大规模生产和推广。工业大规模生产和推广。

【技术实现步骤摘要】
复杂截面超高强钢薄壁构件的辊弯成形断裂预防控制方法


[0001]本专利技术涉及辊弯成形的
，尤其涉及一种复杂截面超高强钢薄壁构件的辊弯成形断裂预防控制方法。

技术介绍

[0002]当今世界，汽车产业发展方兴未艾，汽车工业作为国民经济发展的重要支柱产业之一，依然受到世界能源和环境的危机的严重抑制，汽车轻量化已然成为汽车行业可持续发展的必经之路。
[0003]超高强钢所具有的低成本和高性能的优势，使其在汽车轻量化产品的生产制造中应用范围越来越广。而针对超高强钢的辊弯成形工艺具有生产效率高、制造成本低以及产品断面形状均匀、尺寸精度高、品种类型多、截面复杂等优点，尽可能的保证了产品强度，成为了目前复杂截面薄壁构件金属产品加工的重要成形工艺之一。
[0004]然而，在采用超高强钢材料提高辊弯型材轻量化水平的过程中，由于超高强钢材料在室温下屈强比高、延伸率低、塑性差、力学性能更为复杂等特点，以及产品截面设计越来越复杂化、精密化的技术要求，使得加工制造中出现了一系列的技术难题；其中的超高强钢复杂截面薄壁构件辊弯成形断裂失效是最为突出的问题之一。
[0005]辊弯成形过程中断裂现象的出现会降低产品的成材率，使得生产成本增加，企业效益得不到保障，严重影响超高强钢辊弯成形在汽车轻量化领域的应用。
[0006]在辊弯成形过程中，会存在普碳钢材料的“圆变方”生产矩形管时出现弯角裂纹现象，较为传统的方式是采用“方变方”来更改工艺流程，即使用纵剪带，按照产品截面形状，完成先成形后焊接再定径的全流程辊弯成形，能够明显降低弯角处的应力集中，促进圆角部位的金属流动，避免弯角断裂现象的出现。在此基础上，对于解决简单异型管中出现的弯角断裂现象，出现了一种融合了“方变方”和“圆变方”复合工艺来取代单一的“圆变方”或“方变方”工艺，即在定径阶段，采用“方变方”工艺将上底的直线段、两条侧边和两个上底小弯角定径到最终尺寸，采用“圆变方”工艺将大圆弧弯角轧制成最终尺寸，能较好解决梯形截面异型管的弯角断裂问题。
[0007]但上述解决方法面向的是截面形状简单的普碳钢矩形管或者异型管，对于截面形状复杂的非管形高强钢产品的断裂问题解决难以适用。
[0008]另外，可以采用辊弯成形局部加热成形法来解决小弯曲半径圆角或者尖角开裂问题，通过采用加热装置对带钢弯角部位进行局部高频加热，使圆角处坯料转化为奥氏体组织，其加热温度视各种钢材的奥氏体转变温度而定，这样就可使得对变形部位以及危险部位进行加热软化、改善变形部位以及危险部位的塑性及流动性，降低带钢的屈服强度和内应力，有效降低成形功和弯角出现裂纹的可能性，但是该方法操作较为复杂，生产及维修成本较高，对于加热温度与材料的关系控制较为困难，因此应用范围受到极大的限制，并未得到很好的普及，并不适用于常规机组生产中出现的断裂问题。例如，《高强度钢局部加热辊弯成形分析》(杨文志，阎昱，曹坤洋，王治，北京工业大学学报，第25卷第3期，2013年9月)中
提高了局部加热辊弯成型，需要基于ABAQUS有限元软件并采用完全耦合热应力分析法来建立有限元模型进行分析和实验研究，显然该方法加热温度与材料的关系获得较为复杂，操作难度大，仅适用于U型零件，其他截面形状复杂的非管形高强钢是否适用难以预期。
[0009]在解决辊弯成形厚壁高强钢弯角断裂问题时，存在一种采用定轧辊弧度变化弯点位置的成形工艺。其是根据机组产品大纲中的最小壁厚确定轧辊的角部弯曲弧度，所有实弯道次的上辊均取该弧度，原料平板弯曲成型的角度根据不同壁厚的成品内圆弧确定，各道角部未完成弯曲的原料预留在底部平板部分，辊弯过程中各道弯点逐步向底部平板方向移动，最终完成整个弯曲过程。由于弯曲施力点的不断变化，成形自然平滑，较好地解决厚壁高强产品的角部微裂纹的问题。
[0010]而对于薄壁高强钢方矩形管弯角断裂的解决，存在一种采用加大成形模具圆弧、增加实际弯曲角度及成形架次且采用先空冷再水冷方式的方法，有效克服高强度钢的反弹，保证了产品的外圆弧大小和精成型的整形余量，较好保证外圆弧无裂纹的需求。但是其中的弯曲角度小于90
°
，截面形状较简单，成本较高，效率较低，不适合工业大规模生产。

技术实现思路

[0011]本专利技术所要解决的技术问题是高强钢辊弯成形过程中的断裂解决方法，原理上是增大实际弯曲角度，更改模具形状，让弯角变形过程得到减缓，但却只适应于弯曲角度小于90
°
的截面形状简单的弯角成形，很难对更高强度的超高强钢复杂截面的弯角成形起到断裂预防作用；而局部加热则会加大生产成本和操作难度，冷却耗水量较多，且并不适合复杂截面形状的薄壁高强钢。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：
[0013]一种复杂截面超高强钢薄壁构件的辊弯成形断裂预防控制方法，所述辊弯成形断裂预防控制方法包括：在辊弯成形完整过程中，以Oyane韧性断裂准则作为断裂产生的评判标准，融合辊弯成形策略和辊弯成形工艺参数来综合考虑断裂预防控制，在配置机组工艺参数时，依据不同机组参数范围的差异性，通过断裂预防数学模型求解，在其可调区间内采用工艺参数调整方法，依据现场实际生产条件，设定工艺参数取值范围和最优趋向值，从而求解出最优工艺参数组合。
[0014]优选地，所述复杂截面超高强钢薄壁构件的厚度为1
‑
2mm。
[0015]优选地，所述综合考虑断裂预防控制是在辊花工艺设计时采用定弧长弯角成形方式、均分五边界条件成形角度分配方式和增加辊弯成形完整过程有效实现断裂预防成形道次数所组成的成形策略设计方法。
[0016]优选地，所述的辊弯成形策略，在弯角成形方式中选择定弧长弯角成形方式；
[0017]在角度分配方式中选择均分五边界条件成形角度分配方式，公式如下：
[0018][0019]式中：N为成形道次，θ
i
为第i道次弯曲角，θ0为最终弯曲角，θ
r
为余角；
[0020]在道次数的分配时适当增加有效成形道次数；
[0021]三者均可以有效降低断裂弯角危险节点处的等效塑性应变和应力三轴度峰值大小，使得最终道次的损伤值小于断裂阈值。
[0022]优选地，所述的超高强钢材料，采用的是抗拉强度超过980MPa的马氏体钢，考虑应力三向性和塑性失稳，选取Swift
‑
Voce混合硬化模型表征其大范围真应力真应变关系，公式如下：
[0023][0024]式中：ε
pl
为塑性应变，ε0为屈服应变，m为材料加工硬化指数，m＞0，C、A和c为材料参数，α为可调权重系数，σ为真应力。
[0025]优选地，所述的超高强钢材料，采用的是MS1700超高强钢，即σ
s
在1500MPa以上,σ
b
在1700MPa以上。
[0026]优选地，所述的Oyane韧性断裂准则，公式如下：
[0027][0028]式中：为断裂时的等效塑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂截面超高强钢薄壁构件的辊弯成形断裂预防控制方法，其特征在于，所述辊弯成形断裂预防控制方法包括：在辊弯成形完整过程中，以Oyane韧性断裂准则作为断裂产生的评判标准，融合辊弯成形策略和辊弯成形工艺参数来综合考虑断裂预防控制，在配置机组工艺参数时，依据不同机组参数范围的差异性，通过断裂预防数学模型求解，在其可调区间内采用工艺参数调整方法，依据现场实际生产条件，设定工艺参数取值范围和最优趋向值，从而求解出最优工艺参数组合。2.根据权利要求1所述的复杂截面超高强钢薄壁构件的辊弯成形断裂预防控制方法，其特征在于，所述综合考虑断裂预防控制是在辊花工艺设计时采用定弧长弯角成形方式、均分五边界条件成形角度分配方式和增加辊弯成形完整过程有效实现断裂预防成形道次数所组成的成形策略设计方法。3.根据权利要求1所述的复杂截面超高强钢薄壁构件的辊弯成形断裂预防控制方法，其特征在于，所述的辊弯成形策略，在弯角成形方式中选择定弧长弯角成形方式；在角度分配方式中选择均分五边界条件成形角度分配方式，公式如下：式中：N为成形道次，θ
i
为第i道次弯曲角，θ0为最终弯曲角，θ
r
为余角；在道次数的分配时适当增加有效成形道次数；三者均可以有效降低断裂弯角危险节点处的等效塑性应变和应力三轴度峰值大小，使得最终道次的损伤值小于断裂阈值。4.根据权利要求1所述的复杂截面超高强钢薄壁构件的辊弯成形断裂预防控制方法，其特征在于，所述的超高强钢材料，采用的是抗拉强度超过980MPa的马氏体钢，考虑应力三向性和塑性失稳，选取Swift
‑
Voce混合硬化模型表征其大范围真应力真应变关系，公式如下：式中：ε
pl
为塑性应变，ε0为屈服应变，m为材料加工硬化指数，m＞0，C、A和c为材料参数，α为可调权重系数，σ为真应力。5.根据权利要求1所述的复杂截面超高强钢薄壁构件的辊弯成形断裂预防控制方法，其特征在于，所述的Oyane韧性断裂准则，公式如下：式中：为断裂时的等效塑性应变，为等效塑性应变，A为材料参数，C为断裂阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建国，王雪松，赵荣国，韦志东，朱浩，程姣姣，刘江，李艳琳，朱旭东，
申请(专利权)人：江苏帝尔保机械有限公司，
类型：发明
国别省市：