22MnB5踏板横梁零件的热成形工艺开发

<正>“中国制造2025”行动纲领的提出对车用金属轻量化材料提出了比以往更高的要求,车体轻量化和材料生产及尾气排放的节能环保,是新时期车用材料生产工艺大势所趋。热冲压成形技术利用了材料高温状态下良好的成形性,可有效减少回弹,又能保证模具寿命,而成形淬火后的构件具有超高强度,     

CFRP材料复合成型工艺及装置研究

基于RFI工艺,提出了CFRP材料的"成型-冲裁-固化"复合成型新工艺,并设计出了复合成型装置,由成型/冲裁复合模、加热装置及温控装置组成。利用该装置成功实现了CFRP冲裁件的"成型-冲裁-固化"复合成型,其断面光滑、平整,克服了传统钻、铣削加工时的纤维缠绕、拉拔、分层等缺陷。该装置还可为研究RFI工艺制造大型CFRP构件的力学性能提供所需的拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转试样,为研究适用于大型CFRP构件制造的优化工艺方案及质量控制措施提供必要的支持。     

附加几何形貌特征对Steel/CFRP无铆连接接头性能的影响

基于无铆连接技术,提出对钢板和碳纤维预浸料进行热冲压局部成形的Steel/CFRP连接工艺,设计了平板型及具有矩形凹槽、弧形凹槽、分布式圆柱形凹坑、分布式球形凹坑等几种不同附加几何形貌特征的Steel/CFRP连接接头。采用Hashin损伤准则及内聚力模型,通过系列有限元仿真实验,研究了有效粘结长度、不同附加几何形貌特征、尺寸及分布对接头性能的影响。仿真与拉伸剪切实验结果对比分析发现:仿真建模时所采用的理想结合界面假设,以及对胶黏剂性能、局部成形界面内应力重新分布的忽略,是造成仿真结果与实验结果出现较大出入的主要原因,可以通过对附加几何形貌特征参数和连接工艺条件优选,促使接头处形成理想的结合界面和机械镶嵌作用,以提高Steel/CFRP接头性能。     

热冲压成形技术及其新进展

超高强度钢在提高汽车车身碰撞安全性和轻量化方面具有十分显著的优势,在汽车制造领域的应用也不断增多。超高强度钢板热冲压成形作为一种蓬勃发展的新技术,存在技术封锁和垄断。介绍了热冲压成形技术的研究进展,包括热冲压成形所用原材料的成分,微量硼元素的添加及其作用,典型热冲压成形工艺路线,热成形工艺控制的三要素,典型热成形钢制件在热成形前后的组织、性能及其相变特性,尤其是变强度热成形件的制造工艺技术和创新思路。探讨了各种变强度热成形工艺技术的创新点、优势及存在的问题。指出热成形技术是未来汽车轻量化发展的方向。     

某车型内高压成形结构后副车架产品与工艺开发北大核心CSCD

为实现乘用车底盘副车架轻量化和低成本设计,基于某车型冲焊结构后副车架,全新开发内高压成形结构后副车架。利用产品有限元仿真技术验证了内高压成形结构后副车架的耐久性和强度满足要求。针对内高压成形纵梁,提出一种一模S型双件出件的低成本化工艺设计方式,实现一模双出,提升了制造效率,实现材料利用率从91.0%提升至93.5%。利用工艺成形有限元仿真技术验证了内高压成形纵梁一模S型双件成形件具有良好的可制造性,其最大减薄率为18.0%,满足要求,并制定了全工序工艺方案。通过产品和工艺有限元的仿真技术驱动了结构轻量化、低成本化和可制造性设计,利用成本模型详细评估了两种结构的成本差异。完成了总成样件试制和总成台架试验,验证了内高压成形结构后副车架产品和工艺开发的可行性,实现了减重15.1%、制造成本降低15.8%。     

角型截面铝型材拉弯成形工艺模拟研究

以某型车辆车体的角型截面铝型材立柱构件为典型件,运用拉弯成形专用模拟软件PS2F(Profile Stretch 2D Forming)对该构件的拉弯成形过程进行了模拟研究,对其拉弯成形工艺进行分析和优化,分析了起皱等成形缺陷,开发出高精度拉弯胎具。试验结果表明成形件轮廓精度大幅提高,并消除了起皱等成形缺陷,获得了合格的成形件。     

热成形技术在汽车轻量化中的应用与发展

高强度钢是汽车轻量化的主要材料,但钢板强度高到一定程度时传统的冷成形技术无法再满足生产需求。随着热成形技术的应用,汽车高强度钢得到了长足的发展。本文立足于汽车的轻量化理念,介绍了热成形技术的研究现状,以及热成形技术在先进高强度钢中的应用与发展。     

轿车保险杠横梁热成形技术和数值模拟

以整车轻量化为背景,按照高强度钢板热成形的工艺要求,将捷达车原辊压成形的保险杠横梁进行截面和壁厚优化,最后通过静态弯曲数值模拟对设计进行了验证,高强度钢板热成形的保险杠横梁较原普通钢板辊压成形的保险杠横梁更轻且强度更高。     

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...     

先进短流程—深加工新技术与高强塑性汽车构件的开发

在近年来国内外薄板坯连铸连轧TSCR和先进热成形处理AHFT技术发展的基础上,提出了先进的短流程与深加工技术相结合的工艺途径,为高强塑性汽车构件的生产制造开发了一种高效率、低能耗、低排放、低成本的新工艺。首先采用先进短流程工艺,包括以CSP、FTSR、ISP半无头轧制为主要特征的第2代TSCR技术和以ESP无头轧制技术为主要特征的第3代TSCR技术,生产高强度薄规格汽车板作为热冲压成形的原料; 然后采用先进热成形处理AHFT技术,对短流程薄规格热轧酸洗板进行热冲压与热处理相结合的深加工,制作高强塑性汽车构件。本文简要介绍了短流程薄板坯连铸连轧TSCR技术的发展,先进热成形处理AHFT技术的强塑化工艺与主要技术特征。讨论了采用短流程TSCR新工艺生产先进高强度钢AHSS薄规格汽车板,为先进热成形处理AHFT提供热冲压成形板料的主要技术关键。介绍了在超短流程的双辊薄带连铸工艺线上开发高强塑性TWIP钢的试验进展。短流程TSCR新工艺与先进热成形处理AHFT深加工新技术相结合,开发与生产超高强塑性汽车构件,需要钢铁与汽车行业的密切合作。这项短流程—深加工新技术不仅可以满足新一代汽车对轻量化节能减排和抗冲撞安全的要求,而且可以显著降低汽车板构件生产制造过程中的能耗与温室气体排放。     

Sheet forming process of carbon fiber reinforced plastics for lightweight parts

The use of carbon fiber reinforced plastics is increasing markedly, particularly in aircraft bodies, but the time required to manufacture CFRP parts should be shortened to realize mass production. The stamping of solidified CFRP sheets can reduce the production time and may increase the flexibility of the manufacturing process. A new sheet forming process for solidified CFRP, in which a CFRP sheet is sandwiched by dummy metallic sheets during stamping, is proposed. The dummy metallic sheets act as protective materials as well as media for heating the CFRP sheet. The results of applying the proposed process are presented.     

热冲压成形零件质量控制因素分析

热冲压成形技术是提高高强度钢板塑性成形能力,保证冲压零件尺寸精度以及提高冲压零件的强度级别的新型成形技术。本文在介绍超高强度钢板的热冲压成形工艺流程及应用的基础上,对直接影响热冲压零件成形质量的主要因素进行了识别和深入分析,讨论了模具材料、模具冷却设计及热冲压工艺参数如奥氏体化温度、保温时间、冷却速度和保压时间对热冲压零件质量的影响趋势,为车身制造中热冲压成形零件质量控制提供参考。     

新型模具制取变强度制件及其力学性能研究

设计出利用感应加热方式形成变强度制件的热冲压新型分区模具,进行了热-流-固耦合场的理论分析,建立了热-力耦合有限元模型,得到了板料在热冲压过程中温度和维氏硬度的分布。仿真结果表明,当模具感应加热端温度升至400℃时,加热端的冷却速度为13.6℃·s~(-1),冷却速度决定了板料不同温区的微观组织和维氏硬度。利用该模具进行了热冲压实验,对不同温区的微观组织和维氏硬度进行检测。结果表明:该模具可冲压不同高温区(低强度)形状的制件。制件高温区已经基本转化为贝氏体组织,过渡区转化为马氏体、贝氏体和铁素体多相混合组织,低温区转化为板条状马氏体组织。设计出的新型分区模具可以获得变强度制件,为成形复杂变强度零件和工艺参数的优化提供了依据。     

高强汽车钢温冲压成形工艺探讨

热冲压成形汽车零部件的室温组织为全马氏体组织,虽然强度高,但延展性差。为此,提出了一种采用热轧后直接淬火获得马氏体组织,随后在冲压工序进行回火以提高冲压件延展性的温冲压成形工艺。采用热轧实验机和MMS-200热力模拟实验机模拟温冲压成形过程,并对实验钢力学性能和组织结构进行了分析。结果表明：随温冲压成形温度的升高及保温时间的延长,实验钢成形后抗拉强度和维氏硬度值不断下降,伸长率呈先上升后下降再上升的趋势。随成形温度的增加,实验钢组织由马氏体不断转变为回火马氏体、回火屈氏体和回火索氏体。在350℃保温120～180 s,实验钢成形后力学性能最佳,抗拉强度超过1 500 MPa,伸长率大于8%,硬度值在425HV～440HV之间。冲压成形温度越高,对冲压设备所需求的力能参数越低。     

Valuation method for effects of hot stamping process parameters on product properties using hot forming simulator

Hot stamping is one of the hot forming processes for manufacturing products of lightweight construction such as lightweight vehicles. Knowledge on the characteristics of the hot stamping process is significant in designing and optimizing the process conditions, dies and tools; however, until now, the characteristics of this process, such as the relationships between a product property and die temperature and between a product property and cooling rate, and the springback amount, have not been clarified consistently or precisely. A new valuation method used to measure the effects of hot stamping conditions on product properties as a function of process parameters is proposed in this paper. This method utilizes a hot forming simulator, which is a precision press with feedback temperature control and controlled cooling, and permits to know the various characteristics of the hot stamping process. Here, the basic construction of the proposed method is presented, and its application to the characterization of the hot stamping process of high-strength steel sheets, such as an evaluation of the changes in product properties upon varying the forming conditions and process parameters, is shown and discussed.     

硼钢板与模具间接触热阻实验研究及其在回弹仿真中的应用

接触热阻是影响热冲压过程中热能传导的一个重要因素,而零件不同区域的温差则直接影响热冲压的回弹,因此,获得准确的接触热阻数值对提高热冲压回弹仿真的精度具有重要意义。基于稳态法设计了22MnB5板件与Cr7V模具钢接触热阻的测量实验,推导出接触热阻的计算公式;并按照实验方法搭建了实验平台,获得了不同压强下两者的接触热阻值;最后拟合了接触热阻与压强的关系方程。将关系方程带入某B柱的热冲压回弹仿真中,与原始仿真对比发现,改进后的仿真结果与实际实验值较为接近,证明获得准确的接触热阻与压强的关系方程可提高硼钢板热冲压回弹的仿真精度。     

预成形件对超高强钢板热冲压减薄率的影响

为了降低超高强钢板在热冲压过程中的减薄率,以车轮侧盖为研究对象,设计了4种预成形件结构方案,通过有限元模拟分析预成形件形状、尺寸对减薄率的影响,基于模拟结果,进行了预成形件热冲压实验。结果表明:热冲压件的显微组织为板条马氏体,显微硬度达到460 HV以上;零件球窝处材料减薄率最大,预成形有利于降低材料减薄率;预成形件储料面积越大,热冲压件材料减薄率越小;预成形件为深度为22.8 mm的圆拱形储料结构且切角时,材料减薄率最小,为11.67%,壁厚均匀性较好。实际热冲压实验结果和数值模拟结果基本一致。     

铝合金复杂汽车零部件热成形-淬火一体化工艺参数优化

铝合金热成形-淬火一体化工艺将成形和热处理结合,能同时实现零件尺寸精度和性能的控制,是实现汽车轻量化的主要途径之一。但是在冲压成形尺寸相对较大、形状相对较复杂的铝合金板件时,依然存在各工艺参数难调试的问题。建立了AA6061铝合金的热变形统一黏塑性损伤本构模型,将其用于铝合金汽车B柱热冲压成形模拟,采用BP神经网络构建了工艺参数(板料成形温度,冲压速度,模具间隙)与成形性(最大减薄率,最大增厚率)之间的关系并结合遗传算法实现多目标优化,得到了AA6061铝合金热冲压的最佳成形工艺参数。优化之后,B柱的最大减薄率和最大增厚率分别从56.5%和14.2%降到了13.0%和10.0%,通过优化之后的工艺参数,制得了成形性良好、尺寸精度高的零件。结果证明了基于神经网络和遗传算法的热成形工艺优化方法的可行性和有效性。