钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形技术进展

为了解决钛合金薄壁构件热成形效率低、成本高、组织性能控制难度大等问题,近年来钛合金冷模热冲压成形技术受到关注。在该新技术中利用室温模具对加热后的钛合金板材进行快速冲压成形和模内快速冷却,由于取消了模具加热,可以变革性地提高钛合金薄壁构件成形效率、降低成本。然而,与传统等温成形不同,在冷模热冲压成形过程中,钛合金板材温度不断下降,这对钛合金成形极限、回弹及组织性能等的控制提出了全新的挑战。分析了钛合金薄壁构件冷模热冲压成形技术特点及存在的问题,归纳了快速加热对钛合金组织性能的影响规律,综述了钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形工艺进展,最后对该技术未来的发展方向进行了展望。

22MnB5超高强度热冲压成形钢的开发及应用

通过成分设计、轧制、退火及热冲压成形过程关键工艺参数的调控,研究分析了冷轧压下率、退火温度及热冲压成形冷却速度对22MnB5超高强度热冲压成形钢(22MnB5钢)微观组织及力学性能的影响。结果表明,22MnB5钢的冷轧压下率控制在50%~60%范围时可实现酸连轧的稳定轧制,退火温度控制在780~820℃范围时退火态22MnB5钢的金相组织为均匀细小的铁素体和珠光体,且性能均匀稳定。热冲压成形淬火在冷却速度不低于30℃·s^(-1)时可获得板条尺寸均匀的全马氏体组织。本产品通过了热冲压成形生产线的工业试用,结果表明:热冲压成形后22MnB5钢的屈服强度为1030~1113 MPa、抗拉强度为1480~1520 MPa、伸长率在8.0%以上、硬度HV10不低于500、表面总脱碳层深度均在35μm以下,热冲压成形后零件的尺寸精度、外观均满足客户需求。

PDCA循环在热冲压模具调试过程中的应用

为完成M公司某热冲压保险杠模具调试,解决过程中遇到的质量问题,达到交样条件,采用PDCA循环进行模具调试。在计划阶段,设定调试目标,分析零件尺寸波动原因,制定调试计划;在实施阶段,对分析出来的真因进行优化;在检查阶段,通过做测零件尺寸和四角限位到底情况对优化效果进行检查;在处置阶段,针对Ppk未达到量产标准的问题制定新的应对措施。通过调试,某热冲压保险杠尺寸明显好转,合格率由65%提升至100%,零件尺寸稳定性提高,解决了其无法小批量交样问题,同时提高了调试效率,节省了调试成本。验证了PDCA循环在热冲压模具调试过程中的有效性。

超高强钢U形件热冲压的NSGA-Ⅱ多目标优化方法

为了减小超高强钢U形件热冲压成形的回弹角和生产周期,提出了基于二元耦合选择NSGA-Ⅱ算法的多目标优化方法。介绍了超高强钢温度和微观组织随热冲压成形过程的变化情况,以减小成形回弹角和冲压周期为目标建立了多目标优化模型,选择了坯料初始温度、冲压速度、保压压强作为优化的试验因素。在优化空间中随机抽取了50组采样点,根据试验得到了试验指标参数值。使用单个自适应神经元网络对试验指标和试验因素间的模型进行了回归,提出了二元耦合选择NSGA-Ⅱ算法进行优化模型求解。对优化后的参数组合进行生产验证,优化后回弹角均值比厂家产品减小了27.59%,单件的生产周期减小了3.52%,且回弹角和生产周期的标准差略有减小,说明优化后的生产质量、生产效率、生产稳定性均有所提高。

摩擦因数对超薄316L不锈钢双极板热冲压数值模拟的影响

构建了一个高温摩擦实验装置,用于测量厚度仅为0.1 mm的超薄316L不锈钢双极板在5种不同温度下的名义摩擦因数。实验结果表明,在200℃时,超薄不锈钢板的名义摩擦因数为1.05,远高于室温条件下的摩擦因数(0.29)。基于摩擦因数随温度变化的实验结果,建立了双极板热冲压过程的有限元模型,并利用温度相关摩擦因数模拟了0.1 mm厚316L不锈钢双极板在热冲压成形后的微流道厚度分布。结果显示,相比于使用恒定摩擦因数的模型,采用摩擦因数随温度变化的有限元模型可以更准确地预测微流道截面的厚度分布,其预测准确性提高了192%。

一种热冲压成形钢的连续冷却转变曲线测定及其显微组织

以一种热冲压成形钢22MnB5为试验材料,将膨胀法与金相法、硬度法结合,在热膨胀相变仪上测量了该钢的临界转变点,并获得材料的连续冷却转变曲线。结果表明:当冷却速率为0.1℃/s时,显微组织为粗大的铁素体与珠光体;当冷却速率为0.5~5℃/s时,显微组织以贝氏体为主,同时有少量的珠光体和铁素体;当冷却速率大于7.5℃/s时,显微组织为马氏体和贝氏体;当冷却速率大于20℃/s时,贝氏体转变基本结束,全部转变为马氏体。维氏硬度随冷却速率的增大呈增大趋势。

AZ31镁合金板的热冲压成形研究

为了改善AZ31镁合金板的成形性,对其2 mm厚的挤压板分别在25(室温)、250、300、350、400℃五个温度进行热冲压成形。通过回弹角测量、组织观察和力学性能测试,研究冲压成形温度对其回弹性能和显微组织、力学性能的影响。结果表明,室温冲压成形时,冲压件底部弯角处有细微的裂纹,且回弹现象较明显;随着冲压成形温度升高,AZ31镁合金板的成形性能得到明显改善,回弹现象减弱。镁合金冲压板材的显微组织在室温下无孪晶产生,随着温度升高开始产生孪晶,在250、300、350℃中均有大量孪晶生成,到达400℃后孪晶开始减少至消失,材料发生再结晶现象,晶粒细化。

可淬火硼钢板热冲压成形实验研究

为研究淬火加热温度、保温时间及冷却水流速等热冲压工艺参数对热冲压零件力学性能及微观组织的影响规律,通过在不同工艺参数条件下进行弯曲件热冲压工艺试验,测量弯曲件的力学性能并观察其金相组织.结果表明,在所设计的模具上可实现高强硼钢热成形零件的有效淬火,热冲压弯曲件的抗拉强度可达到1500MPa以上,主要形成均匀细小的马氏体组织.确定了热冲压工艺参数的选择范围.

模具热导率对热冲压成形工艺影响的数值研究

为了评价模具材料的导热性能对热冲压成形工艺的影响,选择优质H13钢和自主开发的HDLM热冲压专用模具材料进行对比分析,采用LF457型激光导热仪对模具材料的导热性能进行评价,使用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对其组织进行观察。同时,建立了盒形件热冲压成形及模内淬火过程的数值仿真模型,研究了模具热导率对成形件冷却行为、组织演变以及模具温度的影响规律。研究表明,在热冲压模具服役温度200~400℃内,HDLM模具钢的热导率高于40 W/(m·℃),约为H13钢的1.5倍;在热冲压保压淬火过程中,模具材料的热导率对热冲压成形件的冷却行为起重要作用;当模具材料为HDLM钢时,仅需约10 s就能使盒形件关键部位的组织完全转变为马氏体,相比于H13钢,其保压冷却时间缩短了近41%,保压冷却效率提升了约80%,有效地加快了热冲压生产节拍和提高了生产效率,并且模具温度的均匀性也有较大改善,最高温度不超过330℃,有利于延长模具的使用寿命。

基于遗传算法的AZ31镁合金手机壳的热冲压工艺优化

为探究AZ31镁合金手机壳制件的热冲压变形行为,以及工艺参数与质量评价指标间的关系、改善成形质量,借助DYNAFORM有限元软件建立手机壳模型,分析其热冲压成形规律。在250℃条件下,对制件进行热冲压仿真分析,采用正交分析和灰色系统理论(GS理论)对压边力、冲压速度、摩擦系数及阻力系数与最大增厚率、最大减薄率的关系进行深入分析。采用遗传算法(GA)优化冲压速度、阻力系数两个关键影响参数,利用反向传播(BP)神经网络进行寻优检验。结果表明,制件的冲压变形是不均匀的,圆角边缘处最容易出现起皱现象,凸模圆角处最容易发生破裂,底部和大部分侧壁几乎无塑性变形;阻力系数和冲压速度对最大减薄率的影响较大,而压边力和摩擦系数的影响较小。在追求最大减薄率最小化的问题上,GA优化策略在预测精度和优化效能上表现优异,有限元仿真证实了其准确性和有效性。研究为AZ31镁合金的热冲压分析提供了实用的优化策略,具有实际应用价值。

变强度热冲压件数值仿真及其组织性能预测

基于Merklein流变应力模型、Kirkaldy相变动力学模型和Koistinen方程，建立了热-力-相耦合有限元模型，得到了硼钢22MnB5在热冲压过程中温度、组织和维氏硬度的分布规律。仿真结果表明：当模具感应加热端温度升至400℃时，加热端板料的冷却速度为13．6℃·s^-1，低于马氏体形成冷却速度27℃·s^-1。根据感应加热方式研制出变强度冲压件的热冲压新型分区模具，并进行了热冲压试验。结果表明：该新型模具升温速度快，升温至400℃只需5s，同一模具可冲压不同加热区形状的零件。冲压件加热区为贝氏体组织，硬度为260HV；过渡区为马氏体、贝氏体和铁素体多相混合组织，硬度为340HV；低温区为板条状马氏体组织，硬度为491HV。研制出的新型热冲压模具可以获得变强度热冲压件，满足汽车B柱类零件变强度的要求。

热冲压镀锌钢板镀层组织分析与应用

镀锌热成形钢是继铝硅镀层后一种新的镀层热成形钢,具有良好的耐腐蚀及阴极保护性能、防止钢板加热时表面高温氧化起皮和脱碳、优良的外观和冲压性能、较好的焊接和涂镀性能等优点。锌基镀层化学成分为99%Zn、<1%Al及其他杂质,当镀层温度<600℃时,Al与基体中的Fe在镀层与铁基体界面处生成约1μm厚的Fe 2Al 5抑制层,阻止基体中的Fe原子向镀层中扩散;镀层温度800℃时,镀层中的Al元素基本都迁移至镀层表面,形成连续的Al 2O 3薄膜阻碍Zn的蒸发。镀层温度增加≥700℃后,抑制层破坏,大量Fe元素扩散进入镀层形成Al、Fe化合物相,镀层体密度变化增厚。镀锌热成形钢的奥氏体化加热温度、保温时间、入模成形温度对零件的耐腐蚀性、镀层液相脆性LME防控有直接影响,最佳的工艺参数为加热温度880℃、加热时间360 s、入模成形温度≤700℃。镀锌热成形钢板的焊接及涂装性能良好,在汽车车身安全结构件有很大的应用前景。

模拟不同热冲压温度对低碳桥壳钢组织和性能的影响

从14mm厚度低碳桥壳钢板同一位置取样,分别按照热冲压温度加热到650℃750℃、850℃,保温3min后空冷,与未加热的热轧钢板进行组织、性能对比,分析不同热冲压温度对低碳试验钢组织、性能的影响。结果表明:试验钢在650℃温度加热情况下力学性能及组织基本没有变化,750℃温度力学性能基本没有变化,组织中第二相减少,铁素体晶粒上析出物增加,850℃温度屈服强度及抗拉强度降低约90MPa,延伸率增加5%,晶粒尺寸增大,铁素体形状趋于等轴状,碳化物析出明显降低。

基于热冲压生产线的12000kN数字机械伺服压力机关键技术及应用

本文探讨了基于数字机械伺服压力机的热冲压生产线的研究及应用。随着汽车轻量化和安全性能要求的提高,高强钢热冲压成形车身零部件的广泛应用成为汽车制造业的发展趋势。热冲压成形技术由于其成形性能和复杂构型成形能力,成为满足高强度钢车身结构件要求的重要选择。然而,传统热冲压生产线在满足高强度钢件成形要求上仍存在一定挑战。新一代热冲压生产线基于数字机械伺服压力机,采用先进的热冲压成形技术和自动化输送系统,能够满足大型复杂高强钢车身零部件对高强钢材料进行热冲压加工的需求,提高生产效率和产品质量。

新型热冲压模具的研发和试验研究

建立了热冲压过程中模具和板料传热数学模型。综合考虑模具加工中热交变载荷和热传导等因素,合理选取了模具材料。根据奥氏体材料不同冷速产生的微观组织不同,开发出一种新型热冲压分区模具。采用感应加热线圈进行加热。利用该模具进行了热冲压试验。结果表明：该新型模具升温速度快,升温至400℃只需5 s,且可任意调整热冲压件高温区的形状。热冲压件的高温区基本转化为贝氏体组织,硬度为265HV;过渡区转化为马氏体、贝氏体和铁素体多相混合组织,硬度为341HV;低温区转化为板条状马氏体组织,硬度为492HV。

热冲压成形工艺的发展及相关模具材料的研究进展

热冲压成形工艺是汽车车身用零部件加工的先进工艺,不仅可以有效减轻车身重量,同时还可满足汽车行业节能减排的发展需求。在分析了汽车车身轻量化及热冲压成形工艺的发展基础上,对国内外相关模具材料的研究概况进行了总结,对先进模具材料的发展趋势进行了研究分析。

高强钢板热冲压成形热力耦合数值模拟

为研究高强钢板的热冲压成形性,采用ABAQUS软件对高温下22MnB5高强钢板沟槽形件冲压成形进行了数值模拟研究.建立了基于热力耦合的弹塑性有限元模型和热成形下的材料模型,通过对沟槽形件热成形进行数值模拟,考察了压边力、模具间隙和凹模圆角半径等工艺参数对热成形时温度分布和回弹的影响,给出了热成形中产生回弹的机理,确定了合适的工艺参数,通过热成形试验验证了数值结果的可靠性.

钢板热冲压新技术介绍

钢板热冲压是一种将先进高强度钢板加热到奥氏体温度后快速冲压,在保压阶段通过模具实现淬火并达到所需冷却速度,从而得到组织为马氏体,强度在1500MPa左右的超高强度零件的新型成形技术。文章对钢板热冲压新技术的关键装备、核心技术和优缺点做了系统介绍,并指出了其使用现状和前景。

超高强度钢板热冲压成形研究与进展

超高强度钢板的热冲压成形技术是减轻车身质量、提高汽车抗冲击和防撞性能的重要途径之一。在分析热冲压技术对钢板及模具材料、设计要求的基础上,总结了国内外对于热冲压超高强度钢板开发及研究概况,分析了超高强度钢板热冲压成形技术的研究现状及主要研究方向,讨论了超高强度钢板热冲压成形领域要解决的关键问题,对于超高强度钢板热冲压成形技术在汽车工业中的应用有一定的指导意义。

热冲压硼钢B1500HS高温本构方程的研究

硼钢的高温本构方程是热冲压数值模拟不可缺少的数学模型,它反映了流动应力与应变、应变速度以及温度之间的依赖关系。为了研究热冲压硼钢B1500HS高温时的流变力学行为,采用Gleeble 1500D热模拟试验机,在600～900℃温度区间,分别以0.01 s–1、0.1 s–1、1.0 s–1、10 s–1的应变速度对硼钢B1500HS试样进行等温单向拉伸试验,计算得到各相应测试条件下的正应力—应变曲线。采用包含变形激活能和变形温度的双曲正弦形式修正的Arrhenius关系来描述硼钢奥氏体组织的热激活变形行为。通过对试验数据进行拟合回归分析,得到与应变量相关的各材料参数,以及与应变速度、变形温度相关的流变应力关系式。试验结果显示,流动应力随着变形温度的降低而增大,随着形变速度的升高而增大。计算结果表明:流变应力关系式的计算结果与试验数据的吻合度较好。