设计具有分区性能的零件是工业领域的研究热点问题。在汽车轻量化的背景下,为了解决这一问题,研究人员设计了多种成形工艺来同时满足局部高塑性和局部高强度的汽车零部件。当前,能制备具有性能梯度汽车零部件的分区热冲压成形工艺成为研究与应用开发的一个热点。本文以分区冷却热冲压成形汽车中立柱为研究对象,对其热冲压成形工艺进行设计及有限元模拟分析。基于“有限元模拟+最优拉丁超立方实验设计+响应面近似模型+多目标优化”的方法,对影响增厚和减薄的冲压工艺参数进行数学建模并进行多目标求解优化。最后,对中立柱进行热冲压试验并进行力学性能和微观组织检测以验证成形质量。论文主要研究工作与进展如下:(1)对分区冷却热冲压原理、金属热塑性变形过程、传热过程进行探讨;建立了固体传热模型和流-固耦合传热模型,并确定了传热系数;对模具分区冷却热冲压过程中应力、应变及相变的过程进行剖析;建立了热-力-相变耦合模型。这些为有限元模拟分析和试验验证提供理论基础。(2)设计分区热冲压成形中立柱工艺,用AutoForm有限元软件分析得到性能与质量较优的成形方案,进一步对中立柱成形过程中温度变化、厚度变化、应力应变状态、组织转变、抗拉强度、硬度和成形极限图进行有限元分析,确定选取的成形方案切实可行。(3)为了研究工艺参数对中立柱分区热冲压后增厚和减薄的影响,选取最优拉丁超立方试验选取模拟方案并模拟;根据模拟结果建立了目标值的三阶响应面近似模型,并检验此模型的精度和可信度;分析了多因素对增厚率和减薄率的交互式影响规律,为后续工艺参数优化奠定基础。(4)基于所建立的响应面模型,以快速冷却区最大增厚率和最大减薄率、慢速冷却区最大增厚率和最大减薄率最小为目标,采用全局优化算法PSO和多目标优化算法NSGA-Ⅱ进行优化求解。对比发现多目标优化算法更适合中立柱增厚和减薄的优化,获得的优化结果更好。(5)根据优化后的工艺参数组合进行了零件热冲压试验,保证零件无明显的起皱、开裂等缺陷,并检测中立柱不同区域的微观组织和力学性能。结果表明,快速冷却区域得到马氏体组织,其抗拉强度可达到1390 MPa,伸长率为7%,硬度能达到478.78HV;而慢速冷却区得到珠光体和铁素体组织,其抗拉强度可降低到680 MPa,硬度为230.56HV,伸长率为11.4%。本文结合科学的数值模拟、试验设计方法、近似模型以及优化算法,有效地实现了分区热冲压成形汽车中立柱零件的减薄率和增厚率控制。其研究对指导分区热冲压成形结构件的生产,具有重要的理论意义与实际应用价值。