22MnB5钢板热成型性能研究及右前立柱下角撑热成型过程数值模拟

摘要

由于近年来环保意识的提升，汽车业为了降低油耗并且提高汽车行驶的安全性，全球各大汽车厂商均致力于采用高强度钢板以达到减轻车身自重与环保的目的。然而，刚强度钢板在冲压成形过程中容易产生回弹、扭曲等难以预测的现象，导致成形十分困难。因此，热成型技术应运而生。用来进行热成型的超高强度钢板主要是硼钢，而22MnB5钢板是热成型广泛应用的超高强钢板。热成型过程是将强度为200～300MPa的钢板加热之后快速转移到模具中成形的过程。由于热成型过程中有保压淬火过程，使钢板的组织结构转变为马氏体，这样最终零件的强度可到达1400MPa以上。而且，热成型可以解决回弹、扭曲等冷冲压难以解决的问题。由此可见热成型技术是未来汽车结构件重要的成形技术。
　　 本文主要通过数值模拟与热成型试验的方法对热成型技术进行研究。首先，查找文献资料，介绍热成型常用的材料以及实验过程中所用的22MnB5钢板的物理和热学参数，分析典型的热成型工艺过程。其次，选用金属板材热力耦合CAE软件PAM-STAMP2011对右前立柱下角撑零件进行热成型过程数值模拟。本次模拟过程采用两种结构形式的模具进行，两种结构形式的模具凸模的结构都相同，不同的是凹模与压料芯的结构。一种是凹模与压料芯分开的结构形式，另一种模具是凹模与压料芯组合的结构形式。通过模拟得到了热成型零件的温度场分布、厚度分布、减薄率以及马氏体含量分布。再次，设计合理的方案进行热成型试验，为了保持与模拟过程一致，试验中也设计了两种结构形式的模具。实验过程中先用小块方料进行温降试验，获得板料在空气中的温降曲线，了解板料的降温规律;然后采用两种不同结构形式的模具进行右前立柱下角撑热成型试验。从成型后的零件上切取试样进行拉伸试验、硬度检测以及金相试验来得到零件抗拉强度、硬度、以及微观组织。与此同时，还分析了热成型后零件镀层的微观组织结构。最后，对比模拟结果与试验数据，证明了模拟结果的可信度。另外，从试验结果分析中可知，热成型工艺条件并不是那么严苛，还是有可以调节的范围，在生产中应当根据具体条件来选择最合适的工艺。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 超高强度钢板热成型技术

1．3 超高强度钢板热成型技术的国内外研究现状

1．4 本课题研究的主要内容及意义

第二章 热成型的基本理论

2．1 引言

2．2 金属热成型理论

2．2．1 金属板料在加热过程中内部组织的主要变化

2．2．2 金属板料在冷却过程中内部组织的主要变化

2．3 金属板材塑性成形过程中的力学行为

2．3．1 热成型过程中的塑性变形机理

2．3．2 热成型过程中摩擦学基本理论

2．3．3 热成型过程中的接触模型

2．4 热成型过程中传热问题的基本理论

2．4．1 热传递模型

2．4．2 传热问题的初始条件和边界条件

2．5 热成型过程热、力、相变多场耦合理论

2．5．1 板料变形与温度场之间的相互影响

2．5．2 热成型相变过程理论分析

第三章 热成型材料介绍

3．1 引言

3．2 热成型材料介绍

3．2．1 热成型钢板的类型

3．2．2 热成型钢板镀层介绍

3．3 试验用热成型钢板22MnB5

第四章 热成型过程数值模拟

4．1 引言

4．2 热成型过程数值模拟技术介绍

4．3 热成型过程数值模拟CAE软件的选择

4．4 右前立柱下角撑热成型过程数值模拟

4．4．1 有限元模型的建立

4．4．2 热成型材料参数及步骤分析

4．4．3 模拟结果与讨论

4．5 本章小结

第五章 右前立柱下角撑热成型试验

5．1 引言

5．2 热成型试验过程

5．2．1 热成型试验材料与设备

5．2．2 热成型试验内容及步骤

5．3 热成型实验数据分析

5．3．1 热成型板料空冷曲线

5．3．2 热成型零件冲压试验结果分析

5．3．3 不同成型条件下的热成型零件及性能

5．4 本章小结

第六章 全文总结与对未来工作的展望

6．1 全文总结

6．2 对未来工作的展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢