高強(qiáng)度鋼熱沖壓關(guān)鍵工藝試驗(yàn)研究與應(yīng)用.pdf

1、高強(qiáng)度鋼板熱沖壓技術(shù)是一項(xiàng)既可減輕車體重量，又能提高碰撞安全性的新型制造技術(shù)，已得到國(guó)際汽車業(yè)界的廣泛認(rèn)同并推廣使用。熱沖壓工藝過(guò)程中溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、相變場(chǎng)相互耦合，在整個(gè)熱沖壓及淬火過(guò)程中扮演著非常重要的角色，其中溫度因素是關(guān)鍵。高溫條件下材料軟化及溫度瞬時(shí)變化易導(dǎo)致成形性缺陷及高溫氧化等綜合問(wèn)題，對(duì)模擬熱沖壓板料和模具的傳熱過(guò)程，進(jìn)行準(zhǔn)確的零件成形性分析預(yù)測(cè)帶來(lái)挑戰(zhàn)。開展溫度場(chǎng)相關(guān)熱沖壓工藝因素的試驗(yàn)研究，確定熱沖壓中關(guān)鍵工藝參數(shù)及

2、邊界條件，對(duì)熱沖壓工藝優(yōu)化及準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成形性仿真預(yù)測(cè)具有重要的指導(dǎo)作用。
　　本論文從工藝原理、流程、材料性能、板料及模具溫度場(chǎng)、硬度梯度熱沖壓工藝試驗(yàn)及仿真應(yīng)用等溫度場(chǎng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究入手，對(duì)熱沖壓工藝及材料進(jìn)行了系統(tǒng)研究。對(duì)比分析與溫度相關(guān)的加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻速率工藝因素對(duì)淬火材料抗拉強(qiáng)度、硬度及微觀組織性能指標(biāo)的影響，引入KAHN撕裂韌性試驗(yàn)對(duì)熱沖壓關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行三因素四水平的正交試驗(yàn)優(yōu)化試驗(yàn)研究，基于抗拉強(qiáng)度、伸

3、長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度和單位面積裂紋形核功四個(gè)指標(biāo)的綜合評(píng)分方法，獲得了基于工藝因素的熱沖壓高溫淬火及中低溫回火強(qiáng)韌性改進(jìn)方案。
　　通過(guò)自主研發(fā)的熱力模擬試驗(yàn)機(jī)研究了熱沖壓硼鋼板材在馬氏體轉(zhuǎn)換溫度之上的高溫材料熱力學(xué)性能，得到了不同應(yīng)變率和溫度下的高溫應(yīng)力-應(yīng)變流動(dòng)曲線;引入Norton-Hoff模型得到了高溫?zé)釠_壓硼鋼22MnB5的流變應(yīng)力5階多項(xiàng)式擬合方程，實(shí)現(xiàn)熱沖壓熱力多場(chǎng)耦合仿真分析;開展熱沖壓成形極限(Thermal Form

4、ing LimitedDiagram，簡(jiǎn)稱TFLD)試驗(yàn)研究，獲得了成形溫度區(qū)間的等溫?zé)岢尚螛O限三維曲面圖，可用于熱沖壓溫度場(chǎng)及成形性仿真模擬中斷裂極限的評(píng)測(cè);結(jié)合數(shù)值仿真研究了冷速調(diào)整下的簡(jiǎn)單V型熱彎曲和U型熱沖壓成形過(guò)程溫度變化規(guī)律，通過(guò)控制成形前板料冷速使板料達(dá)到最佳開始沖壓溫度600-700℃，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜深沖盒成形缺陷改善并確保性能滿足熱沖壓生產(chǎn)需求。
　　基于溫度場(chǎng)相關(guān)傳熱和氧化機(jī)理，對(duì)熱沖壓傳熱過(guò)程進(jìn)行全面分析并開展工

5、藝試驗(yàn)，獲得了高溫下熱沖壓鋼板的氧化動(dòng)力學(xué)方程;搭建了熱沖壓界面換熱系數(shù)圓臺(tái)試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)開發(fā)的IHCP反向建模流程獲得了接觸壓強(qiáng)和氧化皮影響下的界面換熱系數(shù)瞬態(tài)變化規(guī)律，圍繞建立的高強(qiáng)度鋼板熱沖壓溫度場(chǎng)數(shù)值模擬仿真虛擬樣機(jī)系統(tǒng)(King-Mesh Analysis System/Hot Forming)，相關(guān)的傳熱模型和仿真流程有效實(shí)現(xiàn)熱力耦合條件下熱沖壓溫度場(chǎng)和成形性仿真功能。
　　本文還開展了硬度梯度熱沖壓金屬?gòu)?fù)合材料工藝試