超高強度硼鋼板熱沖壓成形技術(shù)內(nèi)容簡介

本書為機械工業(yè)出版社《制造業(yè)高端技術(shù)系列》之一。本書共分為8章，主要包括緒論，超高強度硼鋼板材料性能測試方法，超高強度硼鋼板材料性能及其理論模型，超高強度硼鋼板熱成形過程中的相變、機理及控制，超高強度硼鋼板熱沖壓的數(shù)值模擬，超高強度硼鋼板的熱沖壓成型與開模變形，熱沖壓成形零件的尺寸控制，熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計。

前言第1章緒論11.1引言11.2超高強度硼鋼板及其應(yīng)用31.3超高強度硼鋼板沖壓成形工藝4第2章超高強度硼鋼板材料性能測試62.1超高強度硼鋼板熱力學性能測試62.1.1測試裝置62.1.2測試步驟72.2超高強度硼鋼板成形性能測試82.2.1測試裝置82.2.2測試方法82.3超高強度硼鋼板相變測試102.3.1測試方法102.3.2相變判斷11第3章超高強度硼鋼板材料性能及其理論模型143.1超高強度硼鋼板的物理性能143.1.1常溫物理性能143.1.2高溫物理性能143.2超高強度硼鋼板的力學性能163.2.1常溫力學性能163.2.2高溫力學性能173.3超高強度硼鋼板的本構(gòu)模型193.3.1基于井上勝郎模型的本構(gòu)模型203.3.2基于動態(tài)回復(fù)的本構(gòu)模型233.4超高強度硼鋼板的成形性能283.4.1常溫成形性能283.4.2高溫成形性能283.4.3超高強度硼鋼板熱沖壓成形極限預(yù)測模型303.5超高強度硼鋼板的焊接性能363.5.1焊接接頭的力學性能分析373.5.2焊接接頭宏觀形貌分析373.5.3焊點的金相分析383.6本章小結(jié)39第4章超高強度硼鋼板熱成形過程中的相變、機理及控制414.1形變奧氏體的擴散相變熱力學分析414.2鐵素體相變分析454.2.1變形溫度對形變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響494.2.2應(yīng)變速率對形變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響504.2.3變形后冷卻速率對形變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響504.2.4應(yīng)變量對形變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響504.3貝氏體相變分析534.4馬氏體相變分析564.4.1馬氏體相變形核功564.4.2馬氏體相變動力學模型584.5熱沖壓工藝參數(shù)對硼鋼板相變的影響614.5.1冷卻速率對硼鋼板相變的影響614.5.2保溫溫度對硼鋼板相變的影響634.6本章小結(jié)72第5章超高強度硼鋼板熱沖壓的數(shù)值模擬745.1熱沖壓常用數(shù)值模擬軟件概述745.2考慮開模溫度場分布的熱沖壓開模變形仿真755.2.1熱沖壓工藝的耦合分析方法概述765.2.2考慮開模溫度場分布的熱沖壓開模變形仿真方法775.2.3回彈變形的熱力耦合分析流程795.2.4基于Dynaform的B柱的熱沖壓成形過程仿真815.2.5帶有溫度歷程的開模變形仿真方法875.3熱沖壓開模變形仿真模型的驗證955.4本章小結(jié)97第6章超高強度硼鋼板的熱沖壓成形與開模變形986.1成形工藝參數(shù)對熱沖壓工藝的影響986.1.1板料成形初始溫度對熱沖壓工藝的影響996.1.2沖壓速度對熱沖壓工藝的影響1006.1.3板料厚度對熱沖壓工藝的影響1026.1.4保壓條件對熱沖壓工藝的影響1026.2熱成形開模變形的原因及規(guī)律1036.2.1熱脹冷縮及相變膨脹對變形影響分析1036.2.2熱沖壓B柱開模變形的原因及規(guī)律1056.3本章小結(jié)111第7章熱沖壓成形零件的尺寸控制112Ⅴ7.1熱沖壓成形零件的尺寸控制技術(shù)1127.1.1零件接觸壓力的影響1127.1.2模具溫度分布的影響1157.1.3模具型面補償?shù)挠绊?217.2本章小結(jié)123第8章熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計1248.1熱沖壓模具簡介1248.2熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計方法1268.2.1熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計要求1268.2.2熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)1268.2.3熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計及其優(yōu)化1278.3熱沖壓模具熱平衡設(shè)計1358.3.1熱沖壓模具熱平衡分析1358.3.2熱沖壓成形工藝傳熱數(shù)學模型的建立方法1368.3.3熱沖壓成形工藝傳熱數(shù)值分析方法1398.4本章小結(jié)144參考文獻146后記1512100433B

熱沖壓零件外形和工序設(shè)計

采用冷沖壓工藝的零件，其外形設(shè)計自由度相對較大，并可以通過3-5道工序來成形所需外形、尺寸的零件。鋼板熱沖壓原則上只能一道沖壓成形，因此零件的外形設(shè)計要充分考慮其工藝特點。對于沖壓深度很深、成形難度很大的中通道類零件，可以先采用冷沖壓進行預(yù)成形，然后再進行熱沖壓，但設(shè)備投資和零件價格會相對較高。

熱沖壓熱沖壓模具

與冷沖壓模具及傳統(tǒng)意義上的熱沖壓模具不同，鋼板熱沖壓新技術(shù)所需的模具具有其特殊性，核心技術(shù)體現(xiàn)在：

1.由于車身沖壓件裝配精度要求較高，模具型面設(shè)計時，需要考慮鋼板的熱脹冷縮效應(yīng)，并采取有效補償方案，同時模具型面不能設(shè)計冷沖壓模具中常用的拉深筋；

2.冷卻水的流動方式等；

3.基于加工工藝性，特別是鉆孔工藝性的模具分塊及其精密裝配技術(shù)；

4.模具冷卻水泄漏的有效解決方案。

全球范圍內(nèi)能成功設(shè)計、制造鋼板熱沖壓模具的廠家不超過20家，而且實行嚴格的技術(shù)保護和封鎖。國內(nèi)能夠接觸到這類模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)的人極少，不具備這類模具的設(shè)計能力。國內(nèi)僅有的4條鋼板熱沖壓產(chǎn)線所使用的熱沖壓模具全部從國外進口，價格昂貴。

熱沖壓毛坯定位

對冷沖壓而言，常常采用定位銷對毛坯進行定位。對熱沖壓來說，熱態(tài)毛坯在重力作用下的變形撓度很大。為最大限度避免毛坯在沖壓之前過早地與模具表面接觸以減小溫降、提高熱沖壓成形性，需要設(shè)計專門的支撐機構(gòu)來支撐毛坯。

熱沖壓鋼板熱沖壓CAE分析

鋼板熱沖壓新技術(shù)領(lǐng)域的CAE分析可以拆分為熱沖壓過程分析（預(yù)測零件的熱沖壓可制造性）、保壓淬火過程分析（預(yù)測零件的組織和力學性能）和回彈分析（預(yù)測零件的成形精度）。在這一領(lǐng)域各廠家也分別以企業(yè)技術(shù)秘密（KNOW-HOW）的形式，實行嚴格的技術(shù)保護和封鎖，見諸報道的都是分析的結(jié)果，而不是過程。在沖壓過程的CAE分析中，需要準確的材料性能參數(shù)，如彈性模量、泊松比、高溫狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和鋼板摩擦特性等，這些參數(shù)和冷沖壓狀況是完全不同的。

熱沖壓熱沖壓工藝的優(yōu)化設(shè)計

熱沖壓零件的影響因素眾多，毛坯形狀、加熱溫度、爐內(nèi)保溫時間、鋼板開始沖壓的溫度、沖壓速度、保壓時間、冷卻速度等因素都會對零件熱沖壓的成形性和成形質(zhì)量產(chǎn)生直接影響 。

硼鋼板在高溫奧氏體狀態(tài)下的變形行為及其馬氏體相變研究對掌握同步淬火熱沖壓成形核心技術(shù)具有重要意義。通過硼鋼板的高溫單拉試驗及TEM等試驗分析其高溫變形機制，建立高溫下硼鋼板的動態(tài)回復(fù)動力學模型及相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系式。據(jù)此，結(jié)合金屬塑性失穩(wěn)理論對硼鋼板的熱成形極限進行理論研究，并通過高溫成形極限試驗進行驗證，獲得適用于硼鋼板高溫奧氏體狀態(tài)下的成形極限理論；深入分析造成高溫下硼鋼板獨特塑性失穩(wěn)方式的影響機制。結(jié)合材料測試分析實驗，分析不同變形工藝條件（加熱工藝、變形溫度、變形量、應(yīng)變率、冷卻速率等）對硼鋼板馬氏體相變溫度、馬氏體轉(zhuǎn)變分數(shù)、馬氏體形貌等的影響，根據(jù)馬氏體相變熱力學及動力學對其進行深入分析。對變形后的硼鋼板試件再進行常溫單拉試驗和硬度測定等試驗，研究不同工藝條件對熱變形后的硼鋼板再變形能力、強度以及硬度等的影響。

硼鋼板在高溫奧氏體狀態(tài)下的變形行為及其馬氏體相變研究對掌握同步淬火熱沖壓成形核心技術(shù)及其機理具有重要意義。本項目基于硼鋼板的高溫拉伸試驗及TEM 等試驗分析其高溫變形機制，建立了高溫下硼鋼板的動態(tài)回復(fù)動力學模型及相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系式。據(jù)此，結(jié)合金屬塑性失穩(wěn)理論對硼鋼板的熱成形極限進行理論的研究，并通過高溫成形極限試驗，獲得適用于硼鋼板高溫奧氏體狀態(tài)下的成形極限理論；深入分析了造成高溫下硼鋼板獨特塑性失穩(wěn)方式的影響機理。結(jié)合材料測試分析實驗，研究了不同變形工藝條件（加熱工藝、變形溫度、變形量、應(yīng)變率、冷卻速率等）對硼鋼板馬氏體相變溫度、馬氏體轉(zhuǎn)變分數(shù)、馬氏體形貌等的影響，根據(jù)馬氏體相變熱力學及動力學對其進行了深入分析。對變形后的硼鋼板試件進行常溫單拉試驗和硬度測定等試驗，研究了不同工藝條件對熱變形后的硼鋼板再變形能力、強度以及硬度等的影響規(guī)律性。項目在國內(nèi)外核心期刊發(fā)表署名本課題資助的論文11篇，其中SCI收錄7篇，單獨EI收錄4篇，出版“金屬板材熱輔助塑性成形理論”專著一本（計劃2014年上半年）。 另外，課題組申請中標2014年國家自然基金面上項目一項：《熱沖壓硼鋼板基因的選擇性表達及其在力學性能預(yù)測中的應(yīng)用》（項目批準號：51375346）。