热冲压和液压成形技术在宝钢汽车轻量化服务中的应用及发展趋势

随着汽车产业在中国的高速发展,汽车轻量化和增强安全性能已经成为汽车行业关注的两大主题,主要通过应用轻质新材料、优化汽车的结构设计、采用先进的成形工艺几种途径实现。主要介绍了热冲压和液压成形的技术原理,阐述了热冲压和液压成形汽车零部件在减重、安全方面的优势,介绍了宝钢热冲压和液压成形技术的情况,并预测了未来的发展趋势。     

汽车立柱加强板成形分析

目的轻量化是汽车零部件设计的发展方向,汽车立柱因需要在碰撞中承受外力而变形,并为其他零件提供足够强度和刚度的安装点,一般都使用高强钢材料制造,以达到轻量化的要求。方法对采用DP590高强钢制造的典型结构汽车B柱加强板进行了工艺分析,以提出高强钢立柱加强板零件的设计及成形工艺优化方案。通过AutoForm软件的板料仿真技术,对采用590DP高强钢的典型汽车B柱加强板的冲压工艺进行了数值模拟分析。结果成功预测了板料成形过程中可能存在的起皱、开裂等问题。结论分析结果为汽车立柱加强板冲压工艺提出了改进方案,实现了模具的设计及优化。     

超高强QP980钢冲压成形性能

目的研究宝钢新一代先进高强钢QP980与第一代先进高强钢DP980的冲压成形性能。方法采用单向拉伸、光学应变分析和帽型拉弯成形等试验方法,分析两种超高强钢在加工硬化、成形极限、拉弯成形侧壁减薄和回弹等性能特性。结果 QP980的伸长率达到21.6%,与DP980钢相比有更高的强塑积,在变形过程中能够维持较高的瞬时n值,进而提高了材料的成形极限。帽型拉弯试验中,在不同的流入距离条件下,QP980钢的侧壁减薄率均低于DP980钢。在不同压边力条件下,QP980(厚度1.0 mm)材料的回弹量大于DP980(厚度1.2 mm)材料。结论 QP980在梁型件成形过程中具有优良的抗减薄特性,采用QP980钢进行冲压成形时应考虑比同级别DP980钢更大的回弹补偿量,或者采用更大变形量的工艺设计。     

高强钢TRB高温下热流变特性

为了准确仿真高强钢板热冲压成形过程,获得高强钢高温下的材料本构关系模型,利用Gleeble3500热模拟试验机在不同温度和应变速率下对不同厚度的高强钢B1500HS钢板进行了单向拉伸试验,获得各种工艺条件下的应力-应变曲线,并基于变形抗力数学模型,引入板材厚度参数,通过最小二乘法进行数据拟合获得高强钢TRB高温下的材料本构关系.利用试验结果对本构关系模型进行的拟合验证表明,拟合程度较好,说明建立的材料本构关系能很好地描述高强钢TRB在高温下的应力-应变关系.     

动态碳配分对先进高强钢组织与力学性能的影响

目的 为了使钢表现出更好的吸能特性,以具有较高的强度以及较好的塑性。方法 提出了一种新型一步法成形碳配分一体化工艺,即热冲压-动态碳配分(HS-DP)工艺。所提出的HS-DP工艺采用盐浴热处理的方式进行物理模拟。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和拉伸试验等方法,研究了新工艺中的冷却速率对低碳先进高强钢的微观组织和力学性能的影响。针对冷却速率对残余奥氏体含量的影响进行了分析,重点研究了残留奥氏体的体积分数和碳含量对钢伸长率的影响。结果 经过HS-DP工艺处理的钢显微组织主要由初始淬火态马氏体相、最终淬火态马氏体相和残余奥氏体相共存组成。结论 实验钢表现出优异性能,说明了热冲压动态碳配分工艺前景广阔。     

可淬火硼钢板热冲压成形实验研究

为研究淬火加热温度、保温时间及冷却水流速等热冲压工艺参数对热冲压零件力学性能及微观组织的影响规律,通过在不同工艺参数条件下进行弯曲件热冲压工艺试验,测量弯曲件的力学性能并观察其金相组织.结果表明,在所设计的模具上可实现高强硼钢热成形零件的有效淬火,热冲压弯曲件的抗拉强度可达到1500MPa以上,主要形成均匀细小的马氏体组织.确定了热冲压工艺参数的选择范围.     

先进高强度钢板弯曲类回弹特性的试验研究

随着先进高强钢板在汽车及航天航空领域的广泛应用,回弹导致的成形精度问题日益突出.为了获取先进高强钢的弯曲回弹特性,通过采用U形件回弹模型,针对600MPa级别的3种典型高强钢(DP钢、TRIP钢、HSLA钢)进行了回弹试验研究.实验结果表明:在相同变形条件下,TRIP钢弯曲回弹最大,DP钢次之,HSLA的弯曲回弹最小;不同工艺条件、不同材料性能参数对弯曲回弹呈单调的影响规律,而润滑条件对弯曲回弹的影响趋势并未出现一致性规律.     

高强钢板热冲压成形热力耦合数值模拟

为研究高强钢板的热冲压成形性,采用ABAQUS软件对高温下22MnB5高强钢板沟槽形件冲压成形进行了数值模拟研究.建立了基于热力耦合的弹塑性有限元模型和热成形下的材料模型,通过对沟槽形件热成形进行数值模拟,考察了压边力、模具间隙和凹模圆角半径等工艺参数对热成形时温度分布和回弹的影响,给出了热成形中产生回弹的机理,确定了合适的工艺参数,通过热成形试验验证了数值结果的可靠性.     

高强钢板冲压成形的回弹规律与工艺参数研究

高强钢板冲压成形的回弹问题在很大程度上制约了其深入应用,合理的工艺是减少回弹的关键和有效途径之一.建立了曲面扁壳件冲压成形的有限元模型,基于正交试验法研究了工艺参数,包括压边力、摩擦系数、板厚以及拉深筋的布置方式对回弹的影响规律,采用普通钢板和高强钢板分别进行了冲压成形实验,并与数值模拟结果进行对比.结果表明,高强钢板冲压成形的回弹较大,但通过合理的压边力和拉深筋布置方式可以实现高强钢板冲压成形回弹的有效控制.     

车身用高强钢的回弹实验与分析

目的研究和分析身用高强钢在冲压过程中的回弹行为与规律。方法基于Wagoner的拉延弯曲实验模型,采用拉延弯曲(Draw-Bend)实验机,针对590 MPa级冷轧双相钢和420 MPa级低合金高强钢两个常用的典型车身用高强钢材料开展回弹实验研究,通过不同弯曲半径模拟不同冲压模具圆角半径,同时以不同张紧力模拟冲压压边力,讨论了两种材料的冲压成形及回弹性能与控制。结果两类钢的回弹量均随着冲压模具圆角半径的增大而减小,随着压边力的增大而减小,双相钢相比低合金能产生更大的回弹,厚板随冲压条件变化的回弹波动一般低于薄板。结论实验研究结果对高强钢在实际冲压过程中的回弹控制有着较强的指导意义。     

400MPa超级钢板材冲压性能的实验

对400MPa超级钢板材进行了拉伸试验、冷弯试验和金相组织检验,获得了超级钢板的硬化指数、塑性应变比、屈服强度、极限强度等力学性能,并分析了400MPa超级钢板的冲压成形性能,了解这些性能对超级钢冲压件在汽车行业里的应用与生产具有一定的指导作用.     

车身制造中的铝合金板热处理-冲压一体化技术

随着能源和环境问题日益严峻,对汽车轻量化的需求愈发强烈,高比强度铝合金板在车身中的应用成为重要发展方向.铝合金板在室温下较低的成形性促使人们将各种成形技术引入到汽车制造领域.本文简述了适用于铝合金板件小批量生产的超塑性成形和板材液压成形等特种成形技术,重点介绍了适用于铝合金构件大批量生产的热处理-冲压一体化技术,包括带中间退火-冲压一体化技术、温冲压、W态下冲压和热冲压,阐明了它们的发展历史和现状,指出铝合金板热处理-冲压一体化技术控形控性的关键,最后比较了不同技术的优缺点,并展望了铝合金板冲压技术未来应重点开展的工作.     

A data-driven machine learning approach to predict the hardenability curve of boron steels and assist alloy design

Journal of Materials Science - Boron steel is one of the most valuable lightweight steels for automobile due to its high strength after hot stamping and low cost. In order to ensure service...     

高强钢变厚板汽车B柱热成形数值模拟及主要参数分析

目的 研究热成形过程中冲压件温度场、应力场的变化规律,探究主要工艺参数对冲压件成形的影响规律。方法 利用Abaqus软件建立热力耦合模型,对汽车B柱的热冲压成形过程进行数值模拟,分析板料及模具的温度和应力变化,确定主要工艺参数对冲压件的影响规律,利用得到的规律指导B柱模具的设计与制造,最后对B柱进行冲压试验。结果 在热成形前的物料转移阶段,板材厚度差的存在使过渡区产生了温度梯度和内应力的变化;在热成形阶段,以减薄率为评判标准,确定了摩擦因数为0.35、冲压速度为100 mm/s时B柱的成形效果最好;对B柱的成形结果进行了分析,由局部减薄率的变化得到了模具缺陷的位置,由过渡区的偏移量得到了模具等厚区的长度,由板材温度变化确定了最佳保压时间为8 s。结论 基于Abaqus软件,构建了B柱的热冲压有限元模型,对板材出炉至成形结束阶段进行了数值模拟与分析,在此基础上对B柱制件进行了冲压试验,发现制件的质量缺陷明显减少,对制件的指定点进行了面检测,合格率达到了95.83%,表明了分析结果的可靠性,同时也验证了有限元分析的准确性。     

Press hardening of alternative materials: conventional high- strength steels

The increase in strength of new high strength steels (HHS) and advanced high strength steels (AHHS) has led to forming issues, such as high springback, low formability, increase of forming forces and tool wear. These problems increase thecosts of manufacturing and maintaining stamping tools in the automotive industry. The aim of this research was to analyse the advantages of applying the press- hardening process toconventional HSS and AHSS steel to increase their formability and therefore reduce the number of forming steps and productioncosts. With this aim in mind, the press-hardening process was used to manufacture an industrialcomponent using four different automotive steel grades: dual phase (DP),complex phase (CP), transformation- induced plasticity (TRIP) and martensitic (MS) grade. Springback measurements werecarried out, together with an analysis of the obtained final mechanical properties and microstructures. The results showed that the formability of all the materials increased. The mechanical properties of theCP800 and TRIP700 materials were maintained or even improved, whereas those of the MS1200 and HCT980X materials were significantly reduced. Weconclude that press hardening is a suitable manufacturing process forCP800 and TRIP700components.     

Investigation of die radius arc profile on wear behaviour in sheet metal processing of advanced high strength steels

Advanced high strength steels (AHSS) are increasingly used in sheet metal stamping in the automotive industry. In comparison with conventional steels, AHSS stampings produce higher contact pressures at the interface between draw die and sheet metal blank, resulting in more severe wear conditions, particularly at the draw die radius. Developing the ability to accurately predict and reduce the potential tool wear during the tool design stage is vital for shortening lead times and reducing production cost. This paper investigates the effects of draw die geometry on the sheet metal tool wear distribution over the draw die radius using numerical and experimental methods. A numerical tool wear model is introduced and applied using the commercial software package Abaqus. Channel bend tests are carried out using an Erichsen sheet metal tester to verify the numerical model. Various geometries of radius arc profiles, including standard circular profiles, high elliptical profiles, and flat elliptical profiles, are numerically investigated, and the wear volume and contact pressure distribution along the radii are determined. The results show that the profile of the draw die radius has a significant effect on the wear distribution, and that a low contact pressure distribution can be achieved by using a combination of circular and high elliptical curved geometries.     

先进充液成形数控液压机及生产线

主要研究先进充液成形工艺及其数控装备在冲压生产线中的技术应用。着重探究了板材充液成形工艺,并以汽车铝合金覆盖件为研究对象,进行了充液成形数值模拟。基于充液成形工艺,研制了高端数控充液成形双动液压机,所研制的液压机具有高精度和高刚度的特点,其配备完整、独立运行、可靠性高的液压系统。采用了电-液数字化联合控制,完成对包括模具系统在内的整个工艺设备系统集中控制,真正实现了机电液及模具工艺一体化集成。天锻压力机有限公司充液成形项目团队,研制开发了以其为中心装备的管板复合式充液成形自动化生产线,同时,基于此生产线对汽车铝合金发盖内板进行了试验验证。该成套生产线的投入使用代表我国具有自主知识产权的先进充液成形生产线迈入国际先进行列。     

超级钢板料冲压性能的拉伸试验研究

将超级钢应用于国产汽车冲压件的生产中不仅可以提高汽车质量,而且可以降低汽车的成本、减小汽车重量、降低能源消耗和减少环境污染.为了在汽车工业中更好地使用超级钢,概述了板材冲压性能的评价指标,介绍了拉伸试验值对板材冲压性能的影响,并对超级钢进行了拉伸试验.研究了超级钢板的硬化指数、塑性应变比、屈服强度、极限强度、均匀延伸率等机械性能,并分析了超级钢板的冲压成形性能,超级刚具有较好的胀形性能、拉深性能、弯曲性能,抗起皱性能等冲压性能,可以广泛地应用于汽车冲压零件生产中.     

Evolution of elastic modulus in roll forming

Roll forming is a continuous process in which a flat strip is incrementally bent to a desired profile. This process is increasingly used in automotive industry to form High Strength Steel (HSS) and Advanced High Strength Steel (AHSS) for structural components. Because of the large variety of applications of roll forming in the industry, Finite Element Analysis (FEA) is increasingly employed for roll forming process design. Formability and springback are two major concerns in the roll forming AHSS materials. Previous studies have shown that the elastic modulus (Young’s modulus) of AHSS materials can change when the material undergoes plastic deformation and the main goal of this study is to investigate the effect of a change in elastic modulus during forming on springback in roll forming. FEA has been applied for the roll forming simulation of a V-section using material data determined by experimental loading-unloading tests performed on mild, XF400, and DP780 steel. The results show that the reduction of the elastic modulus with pre-strain significantly influences springback in the roll forming of high strength steel while its effect is less when a softer steel is formed.