厚壁超高强度U型件热冲压成形工艺模拟研究

【摘要】汽车轻量化最有效的途径是应用超高强度钢零部件，在减轻整车重量的同时提高车体结构的强度和抗冲击性能，目前只有热成形技术能够满足这一要求。热成形技术是将可淬火硼钢板加热至Ac3温度以上并保温一段时间，板料充分奥氏体化后转移到带有冷却系统的热成形模具中进行冲压成形和冷却淬火，通过热成形技术可获得室温下微观组织为板条马氏体的超高强度钢冲压件。目前生产中普遍采用厚度在2mm以下的热成形钢板作为车身结构件，而在汽车底盘厚板部件中还未见应用，若能用4mm厚度的热成形钢板替换重型车辆底盘中6mm以上的低合金热轧钢板，则将显著提高底盘系统的承载能力，同时适度降低底盘结构的重量。本文以4mm厚度的22MnB5为试验材料，通过数值模拟及工艺试验分析厚壁U型件的热成形性能。本文采用Pam-Stamp有限元分析软件分别对厚壁U型件在不同工艺参数下的冲压进程和淬火进程进行了数值模拟。冲压速率数值模拟结果表明，当板料成形初始温度为850℃，模具初始温度为20℃时，冲压速率低于75mm/s会造成板料在合模淬火前发生扩散型相变，冲压速率达到100mm/s时，冲压进程结束时板料最低温度为580℃，合模淬火前无固态相变发生，最高应力值为225MPa，最大应变值为0.15。模具圆角数值模拟结果表明，当凸模圆角半径为3mm时，凹模圆角半径过小会导致侧壁部位马氏体转变不充分，当凹模圆角半径达到11mm时，厚壁U型件成形良好，冲压进程结束时最高应力为256MPa，最大应变值为0.12，淬火进程结束后U型件各部位马氏体转变较为充分，最大减薄率为9.5%。模具间隙数值模拟结果表明，当模具间隙为4.1mm时，淬火进程中侧壁部位发生扩散型相变，U型件合适的模具间隙为4.0mm～4.05mm。保压时间数值模拟结果表明，厚壁U型件的最佳保压时间为9.5s。根据4mm板厚U型件的结构特点，设计热成形模具，采用FLUENT数值模拟软件对模具冷却系统参数进行了优化设计，结合K型热电偶测温试验，确定最佳冷却系统参数为：冷却水道直径8mm，冷却水道间距6mm，冷却水道与模具型面间距离6mm，冷却水流速度大于650mm/s。根据数值模拟确定的厚壁U型件最佳工艺参数进行热成形试验，所获得的各试验件成形精度较高，最大减薄率为6.5%，基本无回弹，U型件各部位微观组织均为板条马氏体，其U型件翼边和底部的马氏体板条束宽度小于侧壁部位，U型件翼边、底部和侧壁的硬度值分别为486.1HV、481.2HV、461.2HV，抗拉强度分别达到了1544.72MPa、1536.48MPa和1511.42MPa。
【作者】王刚；
【导师】李欣；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】超高强钢；热成形；数值模拟；工艺分析；

【参考文献】
[1]毛丽超.尼莫地平缓释片的研究[D].吉林大学,药物化学,2013,硕士.
[2]黄容.从社会主义文学作品中看佐多稻子的“目的意识”[D].华中师范大学,日语语言文学,2014,硕士.
[3]王峥.灵活就业人员养老保险问题研究[D].山西财经大学,社会保障,2014,硕士.
[4]王柳.基于目标成本管理的我国房地产开发项目成本控制研究[D].河北大学,会计学,2014,硕士.
[5]田艺伟.美国反战运动与投票行为关系实证研究[D].华东师范大学,国际关系,2013,硕士.
[6]许露露.冻融环境下预应力混凝土受弯构件的疲劳性能研究[D].江苏科技大学,结构工程,2013,硕士.
[7]李萌.毕赤酵母表达系统糖基化过程中低甘露糖链的构建[D].江南大学,生物化学与分子生物学,2012,硕士.
[8]郭丹,曾解放,范国荣,王鹏,陈尚钘.樟树精油的化学成分及生物活性研究进展[J].生物质化学工程,2015,01:53-57.
[9]何胜.地面瞬变电磁系统标定的理论研究[D].吉林大学,电路与系统,2014,硕士.
[10]刘治军.中学生历史学科自主学习能力的培养[D].湖南师范大学,历史教学（专业学位）,2014,硕士.
[11]罗应.硅溶胶—纳米金修饰金电极在电化学发光分析中的应用研究[D].广西科技大学,生物化工,2013,硕士.
[12]贾洪.我国建筑业市场结构及其优化研究[D].北京交通大学,2010.
[13]张彦丽.我国上市公司配股的盈余管理研究[D].首都经济贸易大学,会计学,2004,硕士.
[14]马猛,唐理兵,李学俊.基于OLAP的关联规则的挖掘[J].宿州学院学报,2004,05:77-78.
[15]魏体丽.澳大利亚行业技能委员会研究[D].华中师范大学,比较教育学,2013,硕士.
[16]张弛.吉林省农村土地流转问题研究[D].吉林财经大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[17]钟俊.遂渝铁路第8标段施工项目管理[D].西南交通大学,工商管理,2003,硕士.
[18]马寅芙.DNA倍体分析联合Lunx mRNA检测在非小细胞肺癌胸腔积液中的诊断价值[D].吉林大学,免疫学,2013,硕士.
[19]周汐.低碳经济发展模式下的碳税制度研究[D].北方工业大学,法律,2014,硕士.
[20]黄宇.基于H.264的网络视频监控系统设计与实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2011,硕士.
[21]石政达.电针“命门”、“绝骨”对去卵巢雌鼠骨质疏松症防治作用的实验研究[D].湖北中医学院,针灸推拿学,2004,硕士.
[22]涂员员.面向移动障碍的MWSN节点协同避障方法研究[D].湖南大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[23]张武斌.清香大曲糖化酶的提取及宏蛋白质组学分析[D].山西师范大学,植物学,2014,硕士.
[24]赵小航.油水混合物破乳与分离的组合实验研究[D].大连理工大学,化学工程,2013,硕士.
[25]何雪花.中央空调水系统的优化控制[D].湖南大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2012,硕士.
[26]孙鸣,骆燕,佳楠.主动配电网运行模式对微电网可靠性的影响评估[J].电力建设,2015,01:.
[27]贯晓睿.大型铁路客站突发公共安全事件应急处置研究[D].西南交通大学,安全工程,2013,硕士.
[28]纪粹琳.电子商务经营安全性探析[D].青岛大学,2005.
[29]吴希社.轿车研发项目进度计划制定及管理探究[D].复旦大学,项目管理,2012,硕士.
[30]刘安安.电动力-Fenton氧化法修复苯酚污染土壤研究[D].吉林大学,环境工程,2013,硕士.
[31]王志.量子移动通信越区切换算法研究[D].西安邮电大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[32]周冠辰.玄武岩/聚苯硫醚复合滤料针刺工艺及PTFE乳液后整理研究[D].浙江理工大学,纺织工程,2014,硕士.
[33]张莉.基于交易数据的零售业客户细分研究[D].西安工业大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[34]王迎.听读同步教学对高中生英语附带性词汇习得影响的实验研究[D].东北师范大学,教育学,2012,硕士.
[35]罗小艳.我国企业盈余管理研究[D].河北大学,会计学,2003,硕士.
[36]付育才.纳米氧化铜的制备及其性质的研究[D].曲阜师范大学,无机化学,2013,硕士.
[37]任明明.闫平油画创作研究[D].苏州大学,美术学,2013,硕士.
[38]李明.泻心胶囊对冠心病稳定型心绞痛患者ICAM-1和CRP的影响[D].湖南中医药大学,中医内科,2014,硕士.
[39]束宇翔.分布式卫星多相位中心SAR-GMTI技术研究[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2014,博士.
[40]曹甫洋.微纳米碳材料修饰电极的制备及其电化学性能[D].西南交通大学,2014.
[41]陈举庆,李洪仁,张景胜.油汽两相流体润滑技术[J].一重技术.2001(Z1)
[42]李伟.SF研究所矩阵型组织中的多项目管理方法优化研究[D].吉林大学,工业工程,2014,硕士.
[43]吕生华,崔亚压,杨文强,周庆芳,孙世彧.氧化石墨烯与甲基丙烯酸和烯丙基磺酸钠共聚物的制备与性能[J].功能材料,2015,06:6148-6152.
[44]范全润.事务数据的多隶属聚类问题研究[D].西北大学,2003.
[45]温德清.政策因素对我国股市波动影响的实证研究[D].江西财经大学,金融学,2004,硕士.
[46]吴明航.DES和RSA混合加密算法的研究[D].哈尔滨工业大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[47]刘开勇.梯级水电站短期发电计划研究与应用[D].华中科技大学,系统分析与集成,2013,硕士.
[48]王忠艳.基于FRFT的双随机相位数字水印方法研究[D].哈尔滨工业大学,应用数学,2013,硕士.
[49]袁晨.土壤源热泵系统的双工况（火用）分析[D].西安建筑科技大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[50]潘日姣.高中英语的教学文化问题研究[D].四川外国语大学,课程与教学论,2014,硕士.