汽车用高强钢板具有高的强度和良好的加工成形性能,被广泛应用于成形汽车纵梁、座椅横梁、门槛、保险杠、B柱加强件等关键安全构件,其主要加工方式包括剪切、冲孔等材料分离工序和随后进行的冲压、弯曲、翻边、辊压等后续成形工序。随着强度的上升,高强钢塑性下降,材料在经过剪切工艺过程后,如落料、冲孔等,在后续的成形过程中的边缘开裂问题严重,如辊弯边缘开裂、扩孔翻边开裂等,造成废品率显著上升。这些成形缺陷往往会保留到最终成形零件中,因而直接影响构件的安全性能和疲劳性能。高强钢板成形过程中的边缘开裂不同于颈缩失效,无法单纯依据材料的屈服强度、抗拉强度和延伸率等整体成形性能(Global Formability)指标进行准确预测,必须结合剪切工艺后边缘材料局部成形性能(Local Formability)对其进行综合研究。材料的整体和局部成形性能共同决定了高强钢边缘开裂失效极限。随着材料强度提高、厚度增大,边缘开裂问题更加突出,适用于颈缩失效的成形极限曲线(FLC)无法准确预测高强钢板材成形边缘开裂失效,亟需开发板材成形边缘开裂的评价准则和仿真预测方法,有效指导高强钢车身构件剪切和成形工艺设计。亟需解决的技术瓶颈包括:高强钢板剪切边缘局部成形性能的评价指标及其表征、引入剪切边缘局部成形性能指标的边缘开裂仿真建模技术以及面向高强钢剪切边缘成形性的剪切工艺控制。本文分别从高强钢板整体韧性断裂和局部剪切边缘成形性能两方面入手,开展边缘开裂预测和控制方法的研究。整体韧性断裂方面,针对冷轧高强钢边缘开裂对板材各向异性的高敏感性的特点,建立了引入各向异性的韧性断裂准则;在剪切边缘局部成形性能评价方面,提出了影响局部成形性能的关键指标及其表征方法;最后,提出了考虑剪切边缘局部成形性能影响的边缘开裂仿真预测方法,并结合具体构件剪切边缘开裂问题提出了剪切工艺控制措施。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)材料各向异性对韧性断裂的影响研究以唯象学的MMC韧性断裂准则为基础,将材料的各向异性引入韧性断裂准则模型,通过理论解析的方式建立考虑板材各向异性的韧性断裂准则。定量描述材料各向异性对整体韧性断裂行为的影响。获得考虑材料各向异性的高强钢韧性断裂准则的参数识别方法,建立高强钢断裂等效应变在应力比和各向异性参数空间上的断裂面,用于更加准确地预测高强钢的边缘开裂行为。(2)高强钢剪切边缘局部成形性能表征方法研究搭建高强钢剪切工艺试验平台,实验研究了QSTE、BS全系列热轧高强钢以及DP、MS系列冷轧高强钢剪切边缘的局部性能评价指标(形、性),并分析了材料和剪切工艺参数对局部成形性能指标的影响规律。面向高强钢板剪切边缘局部成形性能,提出将剪切断面硬度分布作为表征剪切边缘局部成形性能的量化指标。针对热轧高强钢厚度方向硬度分布不均匀的特点,采用二维剪切断面硬度分布图的方法量化表征其剪切边缘局部成形性能,准确表征光亮带与断裂带的交界区的硬度极值区。基于实验结果建立了边缘硬度分布与材料参数、剪切工艺参数的经验公式关系模型,实现了不同剪切工艺下高强钢板材边缘局部成形性能的定量表征。为考虑剪切边缘状态的成形边缘开裂预测和控制奠定基础。(3)考虑剪切边缘局部硬化特点的成形边缘开裂预测与控制方法针对冷、热轧高强钢的厚度特点及其在生产中的不同成形方式,设计了面向冷轧高强钢板的中孔拉伸模拟试验以及面向热轧高强钢板的三点弯曲模拟试验方法,并建立剪切边缘开裂实验测试系统。研究剪切断面的几何形貌及局部硬化特点对边缘开裂的影响,通过热轧高强钢三点弯曲试验发现剪切断面硬度峰值区是边缘开裂起始区域的现象。同时,建立高强钢板剪切边缘硬度分布与材料本构参数的映射关系,提出引入剪切边缘局部硬化特性的边缘开裂仿真建模方法。解释材料由于剪切过程造成的剪切边缘局部硬化不均匀,造成成形过程中提早边缘开裂的原因。基于剪切工艺参数对边缘局部成形性能的影响规律研究,提出基于成形边缘开裂的剪切工艺控制方法。本文将冷轧高强钢各向异性以及高强钢剪切落料阶段产生的断面非均匀硬化引入了剪切边缘局部成形性能评价,提高了边缘开裂仿真预测精度;建立的影响高强钢剪切边缘局部成形性能的剪切工艺参数模型也为高强钢构件剪切分离工艺制定提供了定量的指导,为更高强度级别的高强钢推广应用奠定了理论基础。实验数据涵盖了QSTE、BS全系列热轧高强钢以及DP、MS系列冷轧高强钢,对于乘用车和商用车结构件的设计及加工工艺制定具有重要的工程应用价值。