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为实现人类社会的可持续发展,人们在安全、环保和节能方面对汽车产品提出了更为严格的要求。而汽车轻量化是解决这一问题的重要途径。在这一背景下,汽车车身零件采用减薄高强钢板已是大势所趋。但是随着材料强度的提高,成形性能也大大降低,传统的冷冲压成形工艺对成形件质量和形状精度难以保证。为此出现了一种新的超高强度钢板的热冲压成形工艺,它是一种利用金属在高温状态下塑性和延展性迅速增加、屈服强度迅速下降的特点,在热冲压模具上使零件成形,同时利用模具冷却淬火达到超高强度的新工艺。 采用U形件为模拟件,研究并设计了满足冷却要求,可改变模具参数的镶块式结构热成形模具。针对冷却速度要求设计了合理的管路排布方法,并开发了冷却控制系统,实现了压力机行程和冷却水流量自动控制。 应用该模具及冷却系统,对上海宝钢研制的一种超高强度硼钢板进行了热冲压弯曲工艺试验研究,成功地获得了抗拉强度1500MPa以上(是原始板料抗拉强度的2.5倍以上)、回弹角小于2°、表面良好的模拟件。 研究了加热温度、冲压温度、加热时间、冷却速度和压边力等多个工艺参数对热成形零件力学性能和微观组织的影响。提出了工艺参数的制定都应以马氏体充分转变及淬火后细化马氏体晶粒为原则,给出了以上各个工艺参数的最佳范围。 研究了模具几何参数与热冲压弯曲工艺参数对热成形零件精度的影响。给出了这些参数对热成形零件回弹的影响规律:模具几何参数对零件回弹影响较大,回弹量绝对值随凹模圆角半径和间隙的增大而增大;而热冲压弯曲工艺参数(保压冷却时间、压边力)的影响较小。阐明了负回弹是板料变形引起的内应力和淬火引起的热收缩应力综合作用的结果,且主要受热收缩应力的影响。喷丸去氧化皮处理对热弯曲零件的回弹增加不大。 对 U形件热冲压全过程(包括成形、淬火、回弹)进行了数值模拟研究。推出了热冲压热力耦合的本构关系;用热拉伸试验的方法,建立了这种超高强度硼钢板热冲压的材料模型;并通过实验的方法,确定了数值模拟必须的多种热物性参数,建立了与试验模具一致的热冲压仿真分析模型。模拟分析了热弯曲的工艺参数和模具参数对回弹的影响规律,模拟结果和试验结果吻合较好,从而验证了有限元模型的准确性,模拟结果的可靠性,为超高强硼钢板复杂形状零件热成形的数值模拟奠定了重要基础。