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梯度化加热调控微观组织实现变强度热冲压工艺

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锻压技术 2021年第9期46卷 197-203页

作者：王义林方冬雨刘培星朱彬张宜生华中科技大学材料科学与工程学院湖北武汉430074 山东钢铁集团日照有限公司钢铁研究院山东日照276800

开发了一种变强度热冲压工艺,可以对零件进行微观组织和力学性能调控。利用感应线圈对坯料进行梯度化加热,使局部区域奥氏体化,进而调控淬火后各区域的微观组织,从而获得变强度零件。实验以退火态及冷轧态的热冲压钢来研究该工艺,软化... 详细信息

开发了一种变强度热冲压工艺,可以对零件进行微观组织和力学性能调控。利用感应线圈对坯料进行梯度化加热,使局部区域奥氏体化,进而调控淬火后各区域的微观组织,从而获得变强度零件。实验以退火态及冷轧态的热冲压钢来研究该工艺,软化区组织均为珠光体+铁素体,退火态和冷轧态钢板的抗拉强度及伸长率分别为490 MPa和32%、940.4 MPa和4.2%;高强度区均为马氏体组织,退火态和冷轧态钢板的抗拉强度及伸长率分别为1532 MPa和9.1%、1485.1 MPa和8.4%;过渡区的硬度从高强区向软化区逐渐下降,性能基本平稳过渡。结果表明,对于两种不同供货态钢,该工艺均可通过微观组织调控的方法,实现零件的变强度分布。

关键词：变强度高强钢热冲压梯度化加热微观组织调控

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变强度薄壁直梁的抗撞性优化

变强度薄壁直梁的抗撞性优化

作者：常瑞大连理工大学

学位级别：硕士

汽车被动安全一直是汽车领域的一个重要课题。汽车在发生碰撞时,主要是通过车身吸能装置的变形来吸收碰撞动能。金属薄壁直梁是一种有效的吸能装置,在汽车车身结构中得到了广泛的应用。由于结构和材料是影响薄壁直梁抗撞性的两个关键因... 详细信息

汽车被动安全一直是汽车领域的一个重要课题。汽车在发生碰撞时,主要是通过车身吸能装置的变形来吸收碰撞动能。金属薄壁直梁是一种有效的吸能装置,在汽车车身结构中得到了广泛的应用。由于结构和材料是影响薄壁直梁抗撞性的两个关键因素,本文即从这两方面入手对金属薄壁直梁的抗撞性进行优化分析。首先,简要介绍数值模拟所用的显式有限元理论和抗撞性优化所用的试验设计和代理模型的基本理论。其次,采用分段式变强度板对薄壁直梁的抗撞性进行优化设计。针对所选取的软区长度、软区屈服强度、硬区屈服强度采用了拉丁超立方实验设计,并由此进行了仿真计算,构造出响应面近似模型;以吸能总量、初始峰值力为优化目标,采用遗传算法NSGA-Ⅱ进行多目标优化。结果表明,优化后薄壁直梁发生碰撞时,初始峰值力明显下降,吸能总量增加,抗撞性得到了明显提高。再次,以增加薄壁直梁的轴向刚度为目的,对薄壁直梁进行拓扑优化分析,根据拓扑优化的结果,在薄壁直梁的两侧壁上增加中央凹槽,形成一种新型结构薄壁直梁;为进一步提升新型结构薄壁直梁的抗撞性,在新型结构薄壁直梁的基础上,对其进行了尺寸优化,优化后薄壁直梁的抗撞性有了显著的提升。最后,应用变强度板对新型结构薄壁直梁进行抗撞性的优化设计,实现了抗撞性的提高。将三种优化方案进行对比分析,结果表明,变强度薄壁直梁的初始峰值力最小,变强度新型结构薄壁直梁的吸能总量最多。

关键词：薄壁直梁抗撞性变强度响应面模型多目标优化拓扑优化

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变强度冲压件热成形关键技术研究

变强度冲压件热成形关键技术研究

作者：王世魁哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

传统高强钢板热冲压中，板料整体都要进行快速淬火冷却，从而获得整体均匀的高强度零件。高强度零部件在汽车领域应用相当广泛，然而有些零部件不要求整体高强度对变强度要求比较高，例如汽车B柱。上部需要较高的强度使汽车很好的抵制... 详细信息

传统高强钢板热冲压中，板料整体都要进行快速淬火冷却，从而获得整体均匀的高强度零件。高强度零部件在汽车领域应用相当广泛，然而有些零部件不要求整体高强度对变强度要求比较高，例如汽车B柱。上部需要较高的强度使汽车很好的抵制冲击时壳体的入侵以保证其完整性，下部需要较低的强度、较高的塑性吸收汽车冲击时的能量以保证乘客的安全。因此，课题基于T形件对变强度冲压件热成形过程进行数值模拟和试验研究。基于变强度冲压件对于强度的要求和热冲压成形过程中的相变分析，设计了模具的总体结构，包括加热区、过渡区和冷却区。对模具各区域进行具体结构设计，重点是冷却系统和加热系统的设计。运用ABAQUS软件对不同过渡区长度和模具加热温度下成形件应力、应变和温度场进行数值模拟，分析了成形件破裂的影响因素。利用ANSYS CFX软件对多工艺循环下模具加热温度等工艺参数的保压过程进行了数值模拟，分析了工艺参数对成形件温度场分布的影响规律，并确定了合理参数范围。搭建了变强度热冲压试验平台，基于数值模拟中确定的工艺参数范围设计试验方案。依据试验方案进行变强度热冲压试验，分析了模具加热温度、保压时间和保压力等工艺参数对成形件加热区和冷却区抗拉强度的影响规律，以及对过渡区特征点硬度的影响规律。对比了保压结束后成形件数值模拟结果与试验结果，平均误差小于13%，验证了保压过程温度场数值模拟的准确性。

关键词：变强度模具设计温度场抗拉强度硬度

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变强度薄壁金属管件的吸能性能研究

变强度薄壁金属管件的吸能性能研究

作者：石安平大连理工大学

学位级别：硕士

随着我国汽车保有量不断上升,汽车交通事故频发。提高车身所用薄壁管件的吸能效果,是减少事故中损失的重要手段。为此,有必要研制吸能效果好的新型薄壁管件。通常的薄壁管件都是等强度的,由于变形模式不稳定,需要有预先压制的诱导槽。... 详细信息

随着我国汽车保有量不断上升,汽车交通事故频发。提高车身所用薄壁管件的吸能效果,是减少事故中损失的重要手段。为此,有必要研制吸能效果好的新型薄壁管件。通常的薄壁管件都是等强度的,由于变形模式不稳定,需要有预先压制的诱导槽。如果将等强度的薄壁管件进行分区局部淬火处理,制备出长度方向上存在淬火区和非淬火区相间的管件,则由于其各区域力学性能差异,变形模式和吸能效果会有很大变化。本文即针对这种新型变强度薄壁管件进行试验研究和数值模拟研究。选用DP590和HC260LA两种材质的汽车用钢薄壁管件,用感应加热设备对其轴向局部区域加热到奥氏体化温度,随后放入盐水中淬火,获得变强度薄壁管件。这种薄壁管件可分为三个硬度逐渐增大的区域,即原始组织区、热影响区和淬火区。由于在淬火区域生成板条状马氏体组织,因此屈服强度和抗拉强度都得到提高。DP590淬火区域的屈服强度提高48%～52%,抗拉强度提高29%～31%,HC260LA的屈服强度提高52%～61%,抗拉强度提高65%～73%。在100t万能材料试验机上,对原始等强度薄壁管件与新型变强度薄壁管件进行准静态压缩试验,以考查其变形模式和吸能效果。试验结果表明,相比等强度薄壁管件,变强度薄壁管件具有更好的变形模式和吸能效果。DP590材质的变强度薄壁管件最大总吸能提高72%,最大平均载荷提高72%。HC260LA材质的变强度薄壁管件最大总吸能提高38%,最大平均载荷提高37%。利用LS-DYNA软件对所制备的薄壁管件进行了动态压缩数值模拟,分析其变形模式和吸能效果。模拟结果表明,变形总是从原始组织区开始。变强度薄壁管件中的原始组织区起到诱导槽的作用,可以通过优化原始组织区和淬火区的分布,控制峰值力出现的时机和大小,以优化整个碰撞效果。变强度薄壁管件制备简单,相比带诱导槽的等强度薄壁管件成本低,因此在未来汽车的薄壁结构吸能件中有较好的应用前景。

关键词：被动安全抗撞性变强度薄壁管件轴向压溃数值模拟

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基于感应加热的变强度薄壁圆管压溃仿真研究

计算机仿真 2020年第7期37卷 187-192页

作者：庄蔚敏李安琪胡哲吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室吉林长春130022 广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院战略研究与规划发展部广东广州511434

通过移动式感应加热的方式,获得强度分布可控的变强度薄壁圆管,提出影响变强度管强度分布的两个主要因素,加热比例P和加热区强度S,并通过仿真研究准静态压溃过程中其对圆管变形模式和载荷吸能特性的影响规律。结果表明随着P增加,变强度... 详细信息

通过移动式感应加热的方式,获得强度分布可控的变强度薄壁圆管,提出影响变强度管强度分布的两个主要因素,加热比例P和加热区强度S,并通过仿真研究准静态压溃过程中其对圆管变形模式和载荷吸能特性的影响规律。结果表明随着P增加,变强度管非轴对称褶皱数目先减小再增加;随着S增加,非轴对称褶皱数目增加,最后趋于稳定数值。P=50%时和S=803Mpa的圆管有着最高的吸能量和较低的最大载荷峰值。研究成果为车辆抗撞压溃吸能构件的性能设计提供借鉴。

关键词：感应加热变强度薄壁圆管压溃仿真

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汽车后纵梁变强度热成形工艺

锻压技术 2019年第11期44卷 32-38页

作者：周杰谈顺强陈业均李民重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 长安福特汽车有限公司重庆401122 重庆百能达普什汽车零部件有限公司重庆401123

以汽车变强度后纵梁零件为研究对象,采用板料整体加热、模具差速冷却板料的热成形工艺,对后纵梁零件的生产工艺进行了优化。相对于等强度后纵梁零件的热成形工艺,变强度热成形工艺在软区增加了加热系统,降低了零件软区的冷却速率,在零... 详细信息

以汽车变强度后纵梁零件为研究对象,采用板料整体加热、模具差速冷却板料的热成形工艺,对后纵梁零件的生产工艺进行了优化。相对于等强度后纵梁零件的热成形工艺,变强度热成形工艺在软区增加了加热系统,降低了零件软区的冷却速率,在零件硬区和软区实现差速冷却,最终得到变强度后纵梁零件。模具设计首先是基于该零件的变强度特性以及结构特点,基于热成形工艺技术,对整个零件成形后硬区和软区的温度分布、硬度分布和马氏体相含量分布进行了成形数值模拟。通过数值模拟优化了后纵梁零件的成形工艺参数,并将优化后的工艺参数用于指导零件的实际生产。通过对试制零件硬区和软区的屈服强度、抗拉强度、伸长率、硬度、变薄率和微观组织的检测和分析,显示试制的变强度后纵梁零件达到设计要求。

关键词：变强度后纵梁热成形差速冷却软区硬区

基于热辊弯工艺的汽车前保险杠变强度优化设计

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锻压技术 2020年第8期45卷 127-133页

作者：袁静玺贾丽刚石磊宝山钢铁股份有限公司研究院上海201900 汽车用钢开发与应用技术国家重点实验室(宝钢) 上海201900 上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州545007

为提高某车型前保险杠横梁碰撞性能,优化其碰撞过程中的变形模式,基于热辊弯工艺特点,以前保险杠横梁不同承载区域的强度为变量,采用拉丁超立方生成样本数据并计算,对计算结果应用移动最小二乘法构建近似模型,以峰值载荷最大值为目标,... 详细信息

为提高某车型前保险杠横梁碰撞性能,优化其碰撞过程中的变形模式,基于热辊弯工艺特点,以前保险杠横梁不同承载区域的强度为变量,采用拉丁超立方生成样本数据并计算,对计算结果应用移动最小二乘法构建近似模型,以峰值载荷最大值为目标,以变形量为约束条件,通过遗传算法进行优化求解,得到汽车前保险杠横梁变强度优化设计方案。优化结果表明:变强度前保险杠方案相较于基础模型方案,峰值载荷提高了4%,变形量降低了65%,变形模式及碰撞性能方面均得到了提升。根据优化设计方案完成变强度热辊弯样件的试制,结果显示:通过在管件不同位置进行差异性淬火强化能够实现变强度分布。

关键词：热辊弯工艺前保险杠变强度近似模型碰撞性能

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高强钢热冲压成形变强度工艺研究

热加工工艺 2018年第13期47卷 33-36页

作者：王子健刘晓龙张宜生薛飞东莞市中泰模具股份有限公司广东东莞523460 华中科技大学材料成型与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

通过冷热分块模具实现了高强钢板热冲压成形变强度工艺,研究了模具温度和冷却速率等工艺参数对于零件力学性能和组织转变的影响规律。结果表明,模具为室温时,零件为完全的马氏体组织;当模具温度为500℃保压120s时,零件为完全的贝氏体组... 详细信息

通过冷热分块模具实现了高强钢板热冲压成形变强度工艺,研究了模具温度和冷却速率等工艺参数对于零件力学性能和组织转变的影响规律。结果表明,模具为室温时,零件为完全的马氏体组织;当模具温度为500℃保压120s时,零件为完全的贝氏体组织,零件的强度随模具的温度升高而降低,伸长率则随模具温度升高而升高;通过使用冷热分块模具热冲压的变强度U-形件,维氏硬度由冷却区向加热区梯度逐渐减小,过渡区域长度约为68 mm。这些表明通过冷热分块模具实现变强度热冲压成形零件是可行的。

关键词：变强度冷却速率相变冷热分块模具

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局部加热的高强钢热成形变强度工艺

热加工工艺 2018年第13期47卷 41-44页

作者：薛飞刘晓龙张宜生王子健东莞市中泰模具股份有限公司广东东莞523460 华中科技大学材料成型与模具技术国家重点试验室湖北武汉430074

利用局部加热实现了高强钢板变强度热冲压成形,采用电极加热和局部覆盖屏蔽材料两种方法来实施。试验表明,电极加热高温区域为细小的马氏体组织,过渡区域为马氏体、贝氏体和铁素体/珠光体组织,低温区域为铁素体/珠光体组织。通过坯料局... 详细信息

利用局部加热实现了高强钢板变强度热冲压成形,采用电极加热和局部覆盖屏蔽材料两种方法来实施。试验表明,电极加热高温区域为细小的马氏体组织,过渡区域为马氏体、贝氏体和铁素体/珠光体组织,低温区域为铁素体/珠光体组织。通过坯料局部覆盖屏蔽材料的方式得到了尺寸1∶1变强度热冲压成形B柱。红外成像检测仪结果显示,坯料温度由裸露端向覆盖端梯度下降,零件硬度由硬化区向软化区梯度下降,过渡区域的长度约为48 mm。这些表明通过局部加热实现高强钢变强度的同时能得到更小的过渡区域。

关键词：变强度局部加热过渡区域非完全奥氏体化