高强钢板B1500HS热成形极限数值模拟研究及应用

摘要

高强钢板热冲压成形技术作为一种既能提高汽车碰撞安全性能，又能通过减薄车身零件厚度以及车身零件数量来实现汽车车身轻量化的重要手段之一，受到了汽车工业领域和相关研究机构的广泛关注。热冲压成形技术是指将高强钢板加热到奥氏体化温度以上，然后待板料完全奥氏体化，再快速转移至热冲压模具上完成冲压成形和模内淬火。热冲压成形技术的优势在于能有效解决高强度级别的高强钢板在冷冲压成形时的成形困难和回弹量大等成形缺陷，且热冲压件的强度和硬度也均远高于冷冲压件，其中强度可达1000MPa以上。
　　成形极限曲线是判断板料成形成功与否的最直观有效的手段之一。高强钢板热成形极限由于受到温度、应变速率、高温摩擦、微观组织状态、应变测量等诸多因素的影响，使得对其的研究报道比较少，目前工业上仍主要以一个关键减薄率范围作为板料的失效判据。本文以高强钢板B1500HS为研究对象，结合少量高温成形极限试验，通过有限元软件Dynaform建立高强钢板热成形极限预测模型，建立了700℃~900℃的等温成形极限曲线，并通过等温Swift拉深试验进行了验证。最后将与温度相关的成形极限曲线应用到有限元软件中，进行了盒形件非等温拉深成形性能的研究。本文的主要研究内容如下：
　　（1）进行高强钢板不同成形温度和应变速率下的等温单向拉伸试验，研究成形温度和应变速率对流变应力值的影响；在井上胜郎流变模型基础上引入一个软化系数Z，建立了一个更适合描述高强钢板在高温奥氏体态下流变特性的粘弹塑性材料流变模型；
　　（2）结合少量热成形极限试验，建立等温和非等成形极限曲线有限元预测模型，研究了模具温度对成形极限曲线的影响，并通过等温Swift拉深试验对等温成形极限曲线的可靠性进行了试验验证；
　　（3）通过建立课题组自主设计的盒形件热冲压模具二维数值模型，研究了冷却水速、保压淬火时间、热冲压速度对模具温度及板料热冲压成形性能的影响，并在此基础上，以与温度相关的热成形极限曲线（T-FLC）为失效判据，研究高强钢板初始成形温度、压边力、摩擦系数对盒形件非等温拉深性能的影响。