硼钢热冲压研究进展

热冲压整合传统冲压技术与热处理工艺,精确设计材料参数和加热方式,在模具内发生材料相变进而获得优良的产品性能;其成形工序少,可一次成形工件并保证制件尺寸精度,获得高强度制件。介绍了硼钢热冲压成形技术的研究及开发现状,主要分析了硼钢热冲压成形的工艺参数和涂层选择,探讨了热冲压模具材料及冷却水道结构。     

硼钢板热冲压成形过程接触热阻研究

高强度钢热成形中,板料的冷却路径直接影响成形后零件的力学性能,可靠的接触热阻能提高热成形温度场模拟计算结果的准确性。为了研究热冲压成形过程中板料与模具界面间的接触热阻,以WH1300HF热成形用无涂层硼钢板为研究对象,在小型实验伺服压力机上进行了硼钢板的热冲压平模实验,得到了不同压强下板料淬火冷却曲线及模具温度冷却曲线,并通过顺序函数法计算出板料和模具接触界面的热流密度及接触热阻。研究结果表明,板料与模具间界面的热流密度峰值随压强增加而增加,接触热阻稳定值随压强增加而减小。根据能量守能定律,计算出热冲压硼钢板马氏体相变潜热及平模淬火实验中马氏体相变分数。     

热冲压用硼钢B1500HS高温非等温变形性能研究

由于非等温高温变形流程与实际的直接热冲压过程相似,利用Gleeble 3500热/力模拟试验平台,对硼钢B1500HS的高温非等温变形性能进行了研究,获得了B1500HS在不同变形温度和应变速率下的流动应力曲线。研究结果显示:硼钢B1500HS高温非等温变形时的峰值应力明显高于等温变形时的峰值应力。随着变形温度的升高和应变速率的减小,B1500HS的高温流动性能增强。当变形温度高于800℃时,材料成形时的加工硬化率降低,成形性较好;应变速率高于10 s-1时,材料成形时的加工硬化率也降低。     

22MnMoB钢汽车后地板横梁热冲压成形数值模拟和工艺研究

针对某款汽车后地板横梁的结构特点,合理设计模面,选用22MnMoB新型硼钢,应用有限元软件Dynaform建立后地板横梁热-力-相耦合模型,对其热冲压成形过程进行模拟。研究后地板横梁热冲压成形中板料受力情况及温度场、减薄率、硬度和微观组织演变规律,优化下圆角破裂缺陷。利用定量金相法对后地板横梁侧壁处微观组织进行分析并测得不同特征点处硬度和厚度。结果表明,热冲压后地板横梁厚度分布均匀,最大减薄率小于20%,显微硬度达到480 HV以上,试验结果与模拟结果较为吻合,可为新型硼钢制成复杂结构件提供参考。     

温度和压边力对高强度硼钢热冲压成形板厚的影响

针对高强度硼钢板热冲压成形过程中厚度分布不均匀的问题,对它的成形过程进行了数值模拟,结合实验研究了初始成形温度和压边力对热冲压件板料厚度的影响规律。结果表明:初始成形温度850℃、压边力70MPa时,材料成形性能较好。在该工艺条件下获得了合格制件,验证了模拟结果的可靠性。     

超高强度钢热变形方程

热冲压成形工艺是将冲压成形工艺和淬火工艺集成在同一工序中进行的新型成形工艺。根据热冲压工艺的时间-温度特征,采用Gleeble3800热模拟系统,在温度600℃~900℃、应变速率0.01/s~0.5/s下,对热冲压钢板USIBOR1500进行热拉伸实验,获得了相应的应力-应变曲线。结果表明,USIBOR1500钢的热变形行为符合应变硬化加动态回复机制,变形温度和应变速率对其力学性能有很大的影响;计算了USIBOR1500钢的热变形激活能,并通过对变形激活能及Zener-Hollomon参数的研究,建立了超高强度硼钢热变形稳态流变应力模型和热变形方程,为估算成形时所需的最大载荷及设备选取提供参考。     

BR1500HS硼钢热冲压表面涂层研究

超高强度硼钢板热冲压是加热、冲压和淬火相结合的新型成形工艺。但是硼钢板在加热后容易生成氧化皮,耐腐性能降低,影响零件的使用性能。为了解决这个问题,研制了BR1500HS硼钢耐高温防氧化的保护涂层。并在加热950℃保温6 min的热冲压工艺条件下,分析了有无涂层试件的表面形态和组织变化。结果表明:该光滑涂层均匀覆盖在基体表面,对其无影响,满足硼钢板热冲压过程中的高温防氧化要求。     

6061高强度铝合金拉深工艺参数优化

基于DynaForm对6061高强度铝合金板料拉深成形过程进行仿真模拟,通过设计正交试验,研究在不同温度、压边力、冲压速度下的拉深件成形质量,采用极差与方差分析了3个工艺参数的影响程度,并对该影响因素进行了优化分析。研究结果表明:最佳的成形工艺参数为,400℃的试验温度、8 kN的压边力和4 mm/s的冲压速度。     

热成形件模具结构的研究与设计

介绍了一种轿车B柱上框加强板热成形件的模具结构及工作原理,该套模具通过控制成形镶块内冷却水的流速等方式将加热后的硼钢板冲压成形,使加热到880~950℃的硼钢板以奥氏体向马氏体转变的最小冷却速度冷却,从而得到强度达1500 MPa的高强度冲压件。重点介绍了模具冷却系统的结构及工作原理。该模具结构实现了硼钢板的热冲压成形及冷却,得到的冲压件面差、止口及孔的总合格率达到95%,无起皱、开裂等质量缺陷,满足了整车对该高强度钢板制件的精度及品质要求。     

硼钢A柱补丁板热冲压工艺数值模拟与实验研究

为解决硼钢A柱补丁板热冲压工艺中的焊点优化布置问题,采用热-力耦合的方法建立硼钢A柱补丁板的热冲压分析模型。通过对主板和补丁板间定义点焊单元,实现补丁板的热冲压工艺分析。结果表明:在成形过程中,由于补丁区域板料厚度大于其他区域,导致补丁区域温度一直高于其他区域,对该区域的有效冷却是保证零件性能的必要条件。相比于单层板的热冲压工艺,补丁板在热冲压过程中焊点周围区域是破裂的危险区域。经过焊点优化布置后,原破裂区域的减薄率由34%降低为6%,加工50件仅出现1件焊点开裂,合格率为98%。对于补丁板的热冲压工艺,需要考虑焊点的优化布置来改善焊点周围的成形缺陷。     

热冲压成形数值仿真及模具冷却系统参数研究

在热冲压成形过程中,为更进一步认识热冲压成形过程,提高零件冷却性能和模具自身冷却能力,数值模拟了高强钢板料的热冲压成形和淬火过程,并对模具冷却系统参数做了研究。运用ABAQUS建立了基于热力耦合的弹塑性有限元模型,数值模拟了22Mn B5高强钢板U型件的热冲压成形和淬火过程,并将数值仿真结果与试验结果对比,验证了数值仿真模型的有效性。通过正交试验设计和灰色关联分析,以成形件最高温度、成形件最大温差、模具最高温度为目标,对模具冷却系统中冷却水流速和管道孔几何参数进行了灰色关联分析。分析结果表明,对上述3个目标影响重要度依次是冷却管道孔径、冷却管到模具表面距离、管道间距、水流速度。     

热冲压淬火关键工艺参数实验研究

以硼钢板B1500HS为研究对象,自主搭建了一套可调节接触压强、实时检测板料温度数据的淬火实验装置,在连续淬火背景下待板模温度场处于动态稳定后,对热冲压淬火阶段的保压压强和保压时间两个关键工艺参数进行实验研究。以淬火后试样力学性能和微观组织作为淬火质量评价指标,分析了保压压强和保压时间对淬火质量的影响规律,并确定两者的最优取值范围。研究结果表明:保压压强的增大能显著提高淬火后制件质量并提高淬火效率,且在特定保压压强下有最优保压时间,可在保证淬火质量前提下获得最优淬火效率。针对1.2 mm厚硼钢板B1500HS,当冷却介质为流量10 L·min~(-1)的室温水时,获得合格热冲压淬火质量所需的保压压强应不小于0.5 MPa,且为提高生产效率,最优保压压强应在15 MPa以上;当初始成形温度为850℃时,最佳保压时间为10 s。     

热成形SAF2507双相不锈钢析出相与耐腐蚀性能

采用XRD、SEM、EDS以及电化学测试等手段,研究不同热冲压成形温度下冲压成形SAF2507双相不锈钢析出相的析出规律,探讨热冲压成形温度、析出相对材料耐蚀性能的影响。研究表明:SAF2507双相不锈钢中χ相和σ相的析出温度范围为600~1000℃:温度850℃以χ相析出为主,温度≥850℃时以σ相析出为主,温度≥950℃时α相逐渐消失,温度≥1050℃没有析出相。热冲压成形后的腐蚀电流密度和腐蚀速率随热冲压成形温度的变化呈增大—减小—增大规律,容抗弧呈减小—增大—减小规律变化,这与析出相随热冲压成形温度的变化规律相吻合。当热冲压成形温度为850~900℃时析出σ相数量最多,钝化膜稳定性最差。     

冲压成形性能与冲压成形工艺分析——修订国标《金属薄板成形性能与试验方法》的技术说明(4)

通过比较冲压工艺设计参数和冲压成形性能指标的异同,面向各种冲压板料提出利用真实和虚拟成形性能试验修订和构建冲压成形工艺设计参数及其数据库的设想.通过阐述冲压成形性能试验在通用、复杂和虚拟模拟等不同冲压成形工艺分析中的应用方法,并推介一种能够利用冲压成形性能检测数值计算冲压成形难度的“形状分析法”,为GB/T15825在冲压成形生产中的技术应用提供了方法性参考.     

非等高非等宽弯曲件的热冲压成形研究

根据汽车车身结构件特点设计了非等高非等宽U型件,并以此为目标开展了高强钢热冲压成形研究。通过金相观察、拉伸试验、硬度测试、激光扫描等途径,对冲压件的显微组织、力学性能、特别是回弹情况进行了全面分析。此外,基于Dynaform有限元软件进行了热冲压全过程仿真,并分析了成形过程中的温度变化以及减薄与破裂等行为。结果表明,仿真结果与试验结果吻合良好。     

基于Dynaform的SUV汽车B柱热冲压成形仿真分析与工艺研究

研究了采用B1500HS钢制成的某款SUV汽车B柱加强板的热冲压变形过程,利用中心差分法得到热冲压硼钢变形时单元体的温度公式,通过有限元模拟软件Dynaform建立B柱热-力-相耦合模型,研究B柱典型U形截面受力情况和温度场分布,同时分析B柱厚度、减薄率、屈服应力、硬度变化情况。有限元分析表明,B柱热冲压变形时,凸模圆角区和直壁区受到较大的拉应力及厚压应变的作用,易发生减薄。进行了B柱热冲压成形试验,结果表明,热冲压B柱的微观组织均为板条状马氏体,维氏硬度达到457 HV以上,屈服强度达到1200 MPa以上,满足热冲压零件淬火强化性能要求,验证了热冲压数值模拟的可靠性。     

热冲压成形钢的强度与塑性及断裂应变

轻量化是支撑汽车电动化和智能化的重要赋能技术之一。抗拉强度为1500 MPa的热冲压成形用硼钢(22MnB5)是目前最经济有效的车身轻量化技术解决方案,而汽车工业对轻量化需求的日益提高正引领热冲压成形钢向着更高强度、更高塑性及更高断裂应变的方向发展。本文首先分析了车身轻量化对碰撞过程中构件变形抗力和断裂抗力的要求,解释了强度与塑性及断裂应变等材料的力学性能参量对碰撞变形抗力和断裂抗力的影响,然后介绍了作者及其他研究人员在研究开发更高强度、更高延伸率、更高断裂应变的新一代热冲压成形钢的最新进展:(1)提出了一种新的强韧化方法,在热冲压成形钢的马氏体基体组织内引入大量纳米级的VC析出物,从而在获得2000 MPa强度的同时保持了与常规1500 MPa热冲压钢22MnB5相当的延伸率和断裂应变。(2)在热冲压成形钢的微观组织中引入残余奥氏体,利用相变诱导塑性效应显著提升热冲压成形钢的延伸率;具体的工艺实施途径包括模具外淬火-配分工艺、淬火-闪配分工艺、淬火-回火配分工艺等。(3)介绍了热冲压成形钢的新一代Al-Si镀层技术以及Al-Si镀层板断裂应变改善方面的最新研究进展;通过降低Al-Si镀层与钢板基体之间的合金化扩散来减少界面C富集,从而达到显著提高Al-Si镀层热冲压成形钢断裂应变的目的。     

高强度硼钢22MnB5的热变形方程及其模拟应用

利用Gleeble-3500热模拟试验机,在温度为700℃～950℃、应变速率为0.01/s～0.4/s的条件下,对高强度硼钢22MnB5的热变形行为进行研究。结果表明,随着变形温度的升高,硼钢的延伸率升高,变形抗力降低;随着应变速率的提高,硼钢22MnB5的变形抗力和延伸率增大。根据高温拉伸实验得出的数据,构建硼钢22MnB5的稳态流变应力模型和热变形方程,并将试验结果和构建的本构方程输入ABAQUS软件进行U型件热弯曲成形的回弹模拟,数值模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模型的可靠性和正确性,为成形所需的最大载荷及设备选择提供依据。     

基于正交试验的S梁冲压成形分析

板材在冲压成形过程中,复杂结构零件会产生很多缺陷,如起皱,拉裂及卸载后工件的回弹,严重影响了冲压件的成形精度。采用数值模拟与正交试验相结合的优化分析方法,研究了S梁覆盖件冲压成形工艺的优化。依据正交试验方案,以凹模圆角半径、冲压速度、摩擦系数、压边力为研究因子,最大减薄率、最大增厚率为评价指标,采用有限元软件Dynaform进行冲压成形模拟。最终得到了最优的凹模圆角半径、冲压速度、摩擦系数、压边力等工艺参数组合。     

AZ31B镁合金板材冲压成形性能研究

由于镁合金板材的冲压产品具有较好的力学性能和表面质量而成为镁合金材料应用的一个趋势。然而，目前它的许多成形性能参数尚未研究，这也影响了镁合金冲压成形工艺的设计。为丁研究镁合金薄板的冲压成形性能，试验得到了一些成形性能参数，并为镁合金冲压成形的有限元模拟提供了重要的试验参数。