模具间隙与冷却系统对热冲压硼钢变形及组织性能影响

摘要

当前，随着全球范围内的生态危机与能源危机日益严重，实现汽车轻量化势在必行。高强度钢的使用被认为是一种实现汽车轻量化的有效途径。热冲压成形工艺不仅能有效地解决高强度钢冷冲压成形的变形抗力大、回弹严重等缺点，更能大幅度提高钢的强度。但热冲压件在保压冷却过程中容易产生较大温差，在制件内部形成热应力，影响制件的组织和性能。本文以汽车B柱为原型，以22MnB5的U形件热冲压成形为研究对象，通过理论分析、数值模拟以及试验验证的方法，开展高强度硼钢的热冲压成形工艺研究。
　　首先，利用DEFORMV11.0软件建立了U形件热冲压有限元模型，并进行热冲压过程的数值模拟，对板料的形变过程、温度场、应力应变场、微观组织转变、减薄率的分布特点进行分析，确定建立的模型合理。
　　基于有限元模型进行数值模拟，分析了模具间隙对制件贴模场、制件减薄率、温度场以及制件微观组织转变的影响。结果表明，工模贴合状态能显著影响制件的温度场。当模具间隙为0.95t～1.00t时，制件减薄率保持在10％以内，板料贴模良好，各部位冷却较为均匀，马氏体的转变率较高。分析了冷却系统对热冲压件温差场和微观组织转变的影响机制和规律。研究表明，冷却系统主要通过提高模具内部温度梯度、热流速率以及模具表面与制件的温差，降低模具工作面的温度，从而影响制件温度场;合理提高冷却水的流速，可以提高制件冷却速度;通过调整局部冷却水流速率，可以降低板料温差。从而提出了一种通过控制局部冷却水的流速，调整制件温度场，实现制件同步冷却的方法。
　　通过热冲压试验，对制件温度、力学性能的测量以及微观组织，分析结果表明，试验数据与模拟数据吻合度好，热冲压件各部位的组织以马氏体为主，抗拉强度达到1400～1600MPa。该试验证明了模拟结果的准确性与可靠性。本研究对热冲压工艺参数设置与实际生产具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 热冲压工艺概述

1．2．1 热冲压成形原理

1．2．2 热冲压工艺特点

1．3 热冲压工艺研究与应用现状

1．3．1 国内外热冲压研究现状

1．3．2 国内外热冲压应用现状

1．4 数值模拟技术

1．4．1 热冲压工艺中的数值模拟应用

1．4．2 DEFORM数值模拟软件简介

1．5 本论文研究的主要内容与意义

2 热成形及模拟仿真基本理论

2．1 金属塑性成形基本理论

2．1．1 金属薄板冲压成形中受力分析

2．1．2 金属热塑性成形微观分析

2．2 传热学基本原理

2．2．1 热传导理论基础

2．2．2 热传递的基本形式

2．2．3 热传导微分方程

2．2．4 温度场的边值条件

2．3 刚粘塑性材料流动基本方程

2．4 形变与温度场之间的相互影响

2．4．1 形变对温度场的影响

2．4．2 板料温度场对应变的影响

3 热冲压数值模拟与分析

3．1 热冲压有限元模型的建立

3．1．1 几何模型的建立

3．1．2 单元与网格划分

3．1．3 材料模型的选择与建立

3．1．4 热冲压过程中的相关参数及其设置

3．2 热冲压成形过程模拟与分析

3．2．1 应力应变分析

3．2．2 温度场变化分析

3．2．3 微观组织转变分析

3．3 模具间隙对22MnB5热冲压成形的影响

3．3．1 模具间隙对制件贴模场的影响

3．3．2 模具间隙对制件厚度的影响

3．3．3 模具间隙对温度场的影响

3．3．4 模具间隙对制件微观组织分布的影响

3．3．5 结论

3．4 冷却系统对22MnB5热冲压成形的影响

3．4．1 水流速度与换热系数的转换

3．4．2 冷却系统对温度场的影响

3．4．3 冷却系统对制件组织分布的影响

3．4．4 结论

3．5 本章小结

4 22MnB5钢热冲压成形试验

4．1 试验准备与过程

4．1．1 试验准备

4．1．2 试验过程

4．2 试验结果与分析

4．2．1 热冲压件温度变化分析

4．2．2 热冲压件组织与力学性能分析

4．3 本章小结

5 结论与展望

参考文献

致谢