高强度钢热成形模具及温度控制系统研究

高强度钢热成形的核心技术包括模具结构设计和温度控制系统设计两部分,而板料加热变形后的淬火和冷却速度是该工艺成败的关键。因此,亟须研发能实现最佳淬火和冷却工艺的模具及相应的温度控制系统。以带凸缘的盒形件为研究对象,首先计算了热成形模具的凸、凹模圆角半径和凸、凹模间隙,然后进行了热成形凸模、凹模以及压边圈具体结构和冷却水路的设计,最终研发出了热成形模具温度控制系统的自动控制方案和装置。     

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。     

模具间隙对温度场影响的数值模拟分析与实验研究

凸凹模间隙是板料热冲压成形过程中的一个重要参数,其设计合理与否将直接影响成形件的质量及模具的寿命等。通过使用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟模具单边间隙对22MnB5成形性能的影响,并对模拟结果进行了实验验证。结果表明:对2 mm厚的22MnB5高强钢板,其最佳单边间隙为2.0~2.2 mm。     

模具间隙对高强度钢热冲压过程的影响

利用DEFORM软件,建立了不等模具间隙下高强度钢板热冲压的有限元模型,研究了模具间隙对22Mn B5钢板热冲压成形中温度场以及马氏体转变的影响规律。数值模拟结果表明:模具间隙是影响板料温度变化的主要因素,板料的最大温差随着模具间隙先增大后减小;模具间隙为0.95t~1.00t时,板料各部位的马氏体分布均匀,转变率高。在此基础上,进行了热冲压试验,测试了板料侧壁位置点和底部圆角位置点的温度变化,并观察了板料成形后的微观组织,通过试验结果与数值模拟结果一致性对比,验证了数值模拟结果的可靠性与准确性。     

可淬火硼钢板热成形过程中的传热行为

可淬火硼钢板热成形技术在汽车车身制造中的应用是实现汽车轻量化的重要途径,该成形过程中板料和模具之间的传热行为是实现板料精确成形所迫切需要解决的重要问题。本文考虑模内水道的冷却作用和随接触压力变化的板料-模具接触界面换热系数,基于ABAQUS建立了可淬火硼钢U形梁热弯曲过程有限元模型,研究了该过程中板料和模具之间的传热行为。研究结果表明:在高温成形过程中,板料底部区域和模具之间的传热迅速,并发生了马氏体相变。在保压淬火过程中,位于板料侧壁中部高温区的平均降温速率高于马氏体的临界转变速率,但淬火结束时其温度高于马氏体开始相变温度,因此未充分发生马氏体相变。     

板料加热温度对高强钢热冲压破裂行为的影响

本文以高强钢22Mn B5为研究对象,建立U形件热力耦合有限元模型,采用ABAQUS自带的破裂准则对不同板料加热温度下的U形件热冲压成形进行破裂预测,揭示了板料加热温度对U形件冲压破裂行为的影响。本研究为高强钢板复杂形状零件的热冲压精确成形研究奠定了基础。     

冲压件热成形淬火过程数值模拟

随着超高强度钢板在汽车制造中的应用,在高温下成形板料并迅速冷却来得到高强度的冲压件的成形方法得到了广泛的研究.对板料热成形的力-热-相变耦合过程进行了研究,通过混合定律描述了应变本构模型及应力模型.在此基础上,以U型等截面件为研究对象,运用热-力-相变耦合有限元方法对22MnB5钢板热成形及成形后的淬火过程进行了模拟,分别分析了在水冷和空冷以及随模冷却后零件的形状变化和最终硬度.     

模具热导率对热冲压成形工艺影响的数值研究

为了评价模具材料的导热性能对热冲压成形工艺的影响,选择优质H13钢和自主开发的HDLM热冲压专用模具材料进行对比分析,采用LF457型激光导热仪对模具材料的导热性能进行评价,使用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对其组织进行观察。同时,建立了盒形件热冲压成形及模内淬火过程的数值仿真模型,研究了模具热导率对成形件冷却行为、组织演变以及模具温度的影响规律。研究表明,在热冲压模具服役温度200~400℃内,HDLM模具钢的热导率高于40 W/(m·℃),约为H13钢的1.5倍;在热冲压保压淬火过程中,模具材料的热导率对热冲压成形件的冷却行为起重要作用;当模具材料为HDLM钢时,仅需约10 s就能使盒形件关键部位的组织完全转变为马氏体,相比于H13钢,其保压冷却时间缩短了近41%,保压冷却效率提升了约80%,有效地加快了热冲压生产节拍和提高了生产效率,并且模具温度的均匀性也有较大改善,最高温度不超过330℃,有利于延长模具的使用寿命。     

镁合金板材正反向快速气压胀形实验

采用两种不同轮廓的反向预成形模具进行高应变速率气压胀形实验,结果表明,内外凹圆弧预成形模的成形效果好于半圆弧预成形模,反向胀形的时间可控制在10s,表面和微观组织均无明显缺陷。利用上述预成形模进行半球件正反向气压自由胀形实验,研究正反向胀形的效果,正反向胀形可以显著提高AZ31B镁合金板料的成形能力,使胀形件高径比从0.344提高到0.522,并使壁厚均匀度从19.4%提高到半圆弧预成形模具的32.3%,内外凹圆弧预成形模具的45.5%。在400℃温度下胀形300s,可以成形出高径比为0.522的完好半球件。     

夹钳数量对双曲顶件拉伸成形的影响

利用有限元软件ABAQUS,以双曲顶件为研究对象,建立不同夹钳数量下的拉伸成形有限元模型,分析夹钳数量对板料成形效果的影响.结果表明:拉形力相同时,随着夹钳数量的增加,板料的成形性更好.整体夹钳和5个夹钳拉伸成形的板料均未完全贴模,后者的贴模程度优于前者;10个和15个夹钳的拉伸成形板料完全贴模,后者得到的成形件的应变...     

变强度热冲压件数值仿真及其组织性能预测

基于Merklein流变应力模型、Kirkaldy相变动力学模型和Koistinen方程,建立了热-力-相耦合有限元模型,得到了硼钢22Mn B5在热冲压过程中温度、组织和维氏硬度的分布规律。仿真结果表明:当模具感应加热端温度升至400℃时,加热端板料的冷却速度为13.6℃·s~(-1),低于马氏体形成冷却速度27℃·s~(-1)。根据感应加热方式研制出变强度冲压件的热冲压新型分区模具,并进行了热冲压试验。结果表明:该新型模具升温速度快,升温至400℃只需5 s,同一模具可冲压不同加热区形状的零件。冲压件加热区为贝氏体组织,硬度为260 HV;过渡区为马氏体、贝氏体和铁素体多相混合组织,硬度为340 HV;低温区为板条状马氏体组织,硬度为491 HV。研制出的新型热冲压模具可以获得变强度热冲压件,满足汽车B柱类零件变强度的要求。     

超高强钢热成形模具温度场分析及冷却管道设计

以盒形件为例,研究了超高强钢热成形技术中板料和模具温度场的变化过程。根据传热学基本原理分析了超高强钢热成形工艺过程中板料、模具与环境之间的热量传递方式及其变化过程。根据热力学基本公式计算了板料和冷却水的热量,确定了冷却系统相关设计参数,为热成形模具设计提供了理论依据;借鉴注塑模冷却系统设计方法,设计了热成形模具的冷却管道结构,经计算各零件冷却管道的长度与计算结果相吻合。     

成形工艺参数对U形件回弹影响的仿真分析

针对U形件弯曲回弹问题,在Abaqus软件中建立6061铝合金薄板U形件拉延成形二维有限元模型,使用Numisheet’ 2011会议回弹测量方法和成形极限图缺陷判据,研究U形件成形过程中单工艺参数对回弹量的影响,通过L_9(3~4)正交试验获取U形件回弹控制最优工艺参数组合。结果表明:不改变其他成形工艺参数,U形件回弹量随着凸、凹模圆角半径或拉延深度的加大,总体呈上升趋势,随凸、凹模间隙值的减小总体呈下降趋势;U形件回弹量随"凸模-板料"摩擦因数的增大而增大,随"凹模、压边圈-板料"摩擦因数或压边力的增大而减小;成形工艺参数影响U形件回弹量的主次顺序依次为"凹模、压边圈-板料"摩擦因数、"凸模-板料"摩擦因数、凸、凹模间隙值、压边力,以优水平工艺参数组合A_2B_3C_1D_3进行成形模拟,U形件法兰端部最大位移偏移量为0.84 mm,回弹控制效果明显。     

前翼子板成形数值分析

根据正交试验法原理,应用板料成形软件PamStamp 2G,在其他成形条件一定的情况下,对前翼子板在不同压边力、板料与模具间摩擦因数、凸模和凹模间隙、虚拟凸模成形速度下的成形进行数值分析。将模拟结果同实际成形件厚度比较,通过极差分析,得出上述因素对前翼子板成形的不同影响,其中压边力、虚拟凸模速度对成形影响较其他因素大。     

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。     

斜壁盒形件滚动拉深成形工艺的有限元分析

提出了一种斜壁盒形件的滚动拉深成形新工艺,该工艺利用凸凹模成形辊相对转动,金属板料从成形辊中间穿过,实现斜壁盒形件的滚动拉深成形,能够提高零件的成形效率,易于实现生产自动化。基于MSC.Marc有限元软件对斜壁盒形件的滚动拉深成形过程进行了有限元模拟,分析了斜壁盒形件滚动拉深成形的变形特点,揭示了成形过程中斜壁盒形件的应力、应变和壁厚分布规律。研究表明:滚动拉深工艺能够较好地成形带有一定斜度的盒形件,成形过程中凸模与板料成形部位始终保持线接触,成形接触区两侧金属处于自由状态,金属流动不均匀且补料较困难。局部区域胀形特征明显,缺陷形式主要以破裂为主。     

基于正交试验的高强钢板热冲压成形影响因素研究

高强钢板热冲压成形工艺参数是影响成形零件质量的关键因素.建立了U形件的热冲压有限元模型,采用热力耦合数值模拟得到了热冲压过程中板料的温度、厚度及应力的分布规律.并在此基础上,利用正交试验,研究了热冲压过程中板料初始温度、模具初始温度、冲压速度、压边力4个工艺参数对U形件成形后的最低温度和最大应力的影响程度.结果表明,板料初始温度的影响最大,随着板料初始温度的下降,U形件成形后的最低温度下降,最大应力值大幅度上升;模具初始温度的变化对U形件成形后的最低温度和最大应力值的变化影响最小;冲压速度的影响较大,随着冲压速度的减小,U形件成形后的最低温度下降,最大应力值上升;压边力的变化不影响板料与模具之间的传热,随着压边力的减小,U形件成形后的最低温度和最大应力值相应减小且变化范围较小.     

基于Dynaform的盒形件拉深仿真分析

借助有限元分析软件Dynaform对盒形件冲压成形过程进行模拟,分析了冲压速度、压边力和摩擦系数等工艺参数对盒形件拉深性能的影响。结果表明,较小的压边力和摩擦系数有利于板料的成形,但同时也会导致盒形件出现起皱缺陷。反之,过大的压边力和摩擦系数会导致零件拉裂,过高的冲压速度也会降低板料的冲压性能。     

基于相变与回弹的热冲压成形冷却过程控制

回弹是影响高强度板热冲压成形精度的主要因素,通过22MnB5硼镁合金板热冲压成形实验,考察了冷却速率对回弹和相变的影响,提出了热冲压成形模具冷却系统设计相关的技术问题。研究表明,只有当冷却速度达到或超过临界冷却速度时,奥氏体才能直接转变为均匀马氏体;在模具结构、冷却系统、冷却介质等因素确定的情况下,可以通过控制冷却系统的水流速度,实现对最佳冷却速度的控制,消除热冲压成形中变形和回弹等缺陷,提高高强度板热冲压成形质量。     

轿车非典型U形件冲压成形工艺及模拟研究

利用板料成形模拟软件Dynaform对某轿车非典型U形件的冲压成形过程进行模拟,研究凸、凹模间隙、凸模速度、摩擦因数等对板料成形后厚度的影响,经多次模拟及对模拟结果进行分析,确定可行的成形工艺参数,用于指导实际生产。