车用高强度钢板热冲压工艺改进研究及应用

摘要

高强度钢板热冲压成形技术能够同时解决汽车轻量化和碰撞安全这对矛盾，对制造节能、环保和安全的汽车具有重要意义。本文对高强度钢板22MnB5的热冲压工艺改进及热冲压零件在车身轻量化和碰撞安全中的应用进行了相关实验和仿真研究。
　　进行了热冲压基本工艺参数改进实验研究，获得了奥氏体化参数加热温度、保温时间以及冷却速率等对热冲压后材料机械性能的影响规律。基于厚度1.6mm热冲压高强度钢板22MnB5的实验结果表明:基本工艺参数改进后的最佳加热温度为900℃～950℃，最佳保温时间为2min～4min，最佳冷却速率为36℃/s～173℃/s，基于改进工艺的热冲压零件材料兼具高强度和良好塑性。
　　基于U形热冲压实验和ABAQUS有限元仿真、复杂形状零件热冲压实验和Dynaform有限元仿真，进行了热冲压关键工艺改进研究。获得了快速急冷工艺对热冲压件淬火速率、淬火均匀性、微观组织、机械性能、回弹和成形性能的影响规律。实验和仿真结果表明:成形温度在600℃～700℃时，板料的平均冷却速率达到30℃/s以上，实现了板料的淬火，微观组织转变为条状马氏体，抗拉强度达到1500MPa以上;同时，U形热冲压件的回弹△H绝对值小于0.3mm，满足成形精度要求;成形温度650℃材料硬化指数高、成形性能好，复杂形状热冲压件没有出现破裂。采用快速急冷工艺，将高温板料快速急冷至合适温度再热冲压成形，能够显著改善板料的成形性能，同时提高其淬火速率、获得满足机械性能和形状精度要求的热冲压件。
　　根据改进工艺制造了热冲压车门防撞梁，测试了其材料性能、成形性能、抗弯性能和吸能性能等。实验和仿真结果表明:成形温度650℃热冲压车门防撞梁最大抗弯载荷可以达到14.58kN、最大动态冲击吸能达到2.25kJ，兼具高强度和良好的塑性变形吸能能力，综合性能最优，改进工艺热冲压车门防撞梁更适合抵抗侧面碰撞。采用热冲压车门防撞梁和B柱对车身侧围结构进行改进设计，并基于LS-DYNA进行了整车侧碰仿真优化分析，采用1.6mm热冲压成形车门防撞梁替换2.5mm DP800防撞梁、采用1.2mm热冲压成形B柱加强板替换1.5mm DP800 B柱加强板后，B柱侵入量、侵入速度、车体变形和吸能情况都达到或优于原方案，整车减重可达3.7kg，能够在保证碰撞安全性的同时实现轻量化。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 热冲压技术介绍

1．2．1 热冲压钢板

1．2．2 热冲压原理及工艺

1．2．3 热冲压工艺特点

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本文主要研究内容

2 热冲压基本工艺参数改进实验研究

2．1 实验材料基本性能

2．1．1 实验材料化学成分

2．1．2 淬火前后的微观组织

2．1．3 淬火前后的力学性能

2．2 加热温度对材料机械性能的影响

2．2．1 研究目的和实验过程

2．2．2 晶粒尺寸和抗拉强度分析

2．3 保温时间对材料机械性能的影响

2．3．1 研究目的和实验过程

2．3．2 机械性能分析

2．4 冷却速率对材料机械性能的影响

2．4．1 研究目的和实验过程

2．4．2 冷却速率分析

2．4．3 机械性能分析

2．5 本章小结

3 快速急冷工艺热冲压实验及仿真研究

3．1 快速急冷工艺原理

3．2 快速急冷工艺对U形热冲压件淬火过程和材料性能的影响

3．2．1 实验设计和仿真建模

3．2．2 冷却速率分析

3．2．3 淬火均匀性分析

3．2．4 微观组织分析

3．2．5 机械性能分析

3．2．6 回弹分析

3．3 快速急冷工艺对复杂形状热冲压件成形性能的影响

3．3．1 实验设计和仿真建模

3．3．2 成形性能分析

3．4 本章小结

4 基于改进工艺的热冲压零件性能测试及在车身中的应用

4．1 热冲压车门防撞梁基本性能测试

4．1．1 材料性能分析

4．1．2 成形性能分析

4．2 热冲压车门防撞梁使用性能测试

4．2．1 抗弯性能分析

4．2．2 吸能性能分析

4．3 热冲压零件在车身轻量化和碰撞安全中的应用

4．3．1 整车侧碰仿真建模

4．3．2 车体能量对比分析

4．3．3 车体变形对比分析

4．3．4 B柱测试点侵入量、速度、加速度对比分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢