文獻(xiàn)綜述-邊靖

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述題 目：高強(qiáng)鋼盒形件熱沖壓成型數(shù)值 模擬研究 學(xué)生姓名： 邊靖 院 （系）： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 材料1004 指導(dǎo)教師： 李蘭云 完成時(shí)間： 2014年 3 月 25 日 文獻(xiàn)綜述 由于汽車輕量化和安全性的雙重要求，高強(qiáng)鋼因其強(qiáng)度高，在汽車領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越多。而一些形狀復(fù)雜的零件的冷沖壓工藝幾乎無(wú)法成形，高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓技術(shù)解決了上述問(wèn)題。目前成為世界眾多汽車生產(chǎn)商關(guān)注的熱點(diǎn)，通用、福特、大眾、沃爾沃等汽車制造公司都在使用熱沖壓的高強(qiáng)度汽車零件。隨著現(xiàn)代工業(yè)日新月異的發(fā)展，尤其在汽車行業(yè)上，為了降低油耗減少排放，滿足輕量化和提高安全性的要求1。高強(qiáng)度鋼

2、板在冷沖壓過(guò)程中隨著強(qiáng)度的提高，成型性降低，強(qiáng)度越高，成形難度愈大。熱沖壓成形技術(shù)是一項(xiàng)專門用于成形高強(qiáng)度鋼板沖壓件的新技術(shù)，該技術(shù)使得熱沖壓技術(shù)成為目前汽車領(lǐng)域生產(chǎn)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件的主要方式2。熱沖壓成型工藝是將高強(qiáng)度鋼板加熱到奧氏體溫度范圍，在高溫下成形幾乎沒(méi)有回彈，具有精度高、成形性好等優(yōu)點(diǎn)。高強(qiáng)鋼在被加熱到TAc3，然后在壓力機(jī)上利用熱成型模具沖壓成型，并保壓淬火，在整個(gè)過(guò)程中需要快速冷卻，以使成形件的組織充分轉(zhuǎn)化為馬氏體。熱沖壓成形工藝流程圖1所示，成形后零件的強(qiáng)度可達(dá)到1500MPa3。正文：熱沖壓技術(shù)在汽車及其他工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，自該技術(shù)出現(xiàn)多位學(xué)者專家及汽車制造工業(yè)都有不同方向、不

3、同程度的研究。 對(duì)高強(qiáng)鋼熱沖壓成形技術(shù)的研究成果： 工業(yè)的發(fā)展面臨多種問(wèn)題，資源、環(huán)境安全等，對(duì)于現(xiàn)在工業(yè)對(duì)材料的高強(qiáng)度輕質(zhì)量的要求，熱沖壓技術(shù)有著重要影響。 雷呈喜，崔俊佳等人3根據(jù)熱沖壓成形的工藝特點(diǎn)，分析熱沖壓成形過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程，并選擇了熱沖壓成形的組織轉(zhuǎn)變模型。利用ABAQUS后處理二次開發(fā)，預(yù)測(cè)高強(qiáng)鋼熱沖壓盒形件中馬氏體的體積分?jǐn)?shù)。通過(guò)熱沖壓試驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究了壓邊力對(duì)熱沖壓盒形件微觀組織的影響規(guī)律，并由熱沖壓盒形件的金相分析進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合，證明所選模型對(duì)預(yù)測(cè)熱沖壓成形件的組織可行。張志強(qiáng)4在介紹了高強(qiáng)鋼鋼板熱沖壓技術(shù)基礎(chǔ)上，建立B柱的熱沖壓模型，采用耦

4、合數(shù)值分析方法得到熱沖壓過(guò)程中板料的溫度與厚度分布，得到界面厚度分布基本在試驗(yàn)結(jié)果的±5%范圍內(nèi)，板料壓扁區(qū)域溫度較低，尾部和梁表面溫度較高，整體溫差在400，因此模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。馬寧，吳文華等5在已建立的高強(qiáng)度鋼熱成形熱、力、相變耦合本構(gòu)方程的基礎(chǔ)上，基于虛功率方程及持續(xù)平衡方程建立了熱成形靜力顯式多場(chǎng)耦合有限元列式。將熱成形過(guò)程中的相變潛熱引入溫度場(chǎng),并進(jìn)行了有限元分析;在自主開發(fā)的商業(yè)化金屬成形CAE軟件KMAS(King-Mesh Analysis System)基礎(chǔ)上,開發(fā)了考慮多場(chǎng)耦合的非線性、大變形熱成形靜力顯式數(shù)值模擬模塊。包軍等5應(yīng)用ABAQUS軟件，對(duì)超強(qiáng)

5、度鋼板U形件的熱彎曲過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，得到熱接觸彎曲改善了熱彎曲零件底部的淬火效果熱接觸彎曲可獲得比熱自由彎曲更好的成形精度，而且不同壓邊下熱接觸彎曲回彈軍隨著壓扁的增加而逐漸減小。畢文權(quán)畢文權(quán)畢文權(quán) 7用三維彈塑性有限元模型和MSC.M arc軟件對(duì)橋殼熱沖壓成型過(guò)程進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)橋殼在熱沖壓過(guò)程中盈利和溫度值會(huì)隨沖壓溫度等參數(shù)變化，但分布規(guī)律不變，再次基礎(chǔ)上確定最佳熱沖壓工藝參數(shù)，沖壓溫度高于700，沖壓速度小于20mm/s。譚志耀等8對(duì)硼鋼板的熱沖壓成形性能進(jìn)行了研究，在不同溫度和變形速率下的試樣進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，得到硼鋼板的變形抗力隨著變形蒸煮和應(yīng)變速率煩人增加而增加，隨著溫度的升

6、高二降低；利用最小二乘法進(jìn)行多元線性回歸，建立了高溫狀態(tài)下的變形抗力數(shù)學(xué)模型，為鋼板的熱成型提供科學(xué)依據(jù)。林建平等9通過(guò)對(duì)熱沖壓的時(shí)間-溫度特征，采用Gleeble3800熱模擬系統(tǒng)，對(duì)熱沖壓鋼板進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得到性相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并建立熱變形抗力數(shù)學(xué)模型，最終得到USIBOR1500鋼的熱變形行為符合應(yīng)變硬化加動(dòng)態(tài)恢復(fù)機(jī)制，變形溫度和和應(yīng)變速率影響鋼的力學(xué)性能。王立影 10在研究熱沖壓成形工藝流程上，對(duì)直接影響熱重演零件成型質(zhì)量只要因素進(jìn)行識(shí)別分析，得到模具的材料、冷卻設(shè)計(jì)及沖壓工藝參數(shù)等對(duì)零件質(zhì)量的影響。張志強(qiáng)11建立B柱模型采用熱力耦合數(shù)值分析的方法得到熱沖壓過(guò)程中板料的溫度與厚度分

7、布，比較熱沖壓和冷沖壓的能力參數(shù)，實(shí)驗(yàn)表明板料壓邊區(qū)域溫度下降較快，在成型結(jié)束其溫度高于500但不會(huì)導(dǎo)致該處成形困難，相反尾部圓角溫度過(guò)高，使板料產(chǎn)生局部流動(dòng)，厚度過(guò)低，從而局部高溫區(qū)域要提高模具冷卻速度。馬俊12針對(duì)熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)，采用寶鋼B150HS開展試驗(yàn)，解決高強(qiáng)度鋼板局部硬化問(wèn)題，得到板溫度場(chǎng)的穩(wěn)定速度與與模具初始溫度的關(guān)系，驗(yàn)證了通過(guò)改變模具初始溫度實(shí)現(xiàn)局部硬化技術(shù)的正確性。徐偉力等13學(xué)者對(duì)鋼板熱沖壓生產(chǎn)工藝中的基本設(shè)施進(jìn)行分析，加熱爐、壓機(jī)、下料裝置，以及零件外形、工序設(shè)計(jì)等進(jìn)行分析。 國(guó)外對(duì)高強(qiáng)鋼熱沖壓等問(wèn)題的研究： 在熱沖壓過(guò)程中溫度、冷卻速率、相變溫度、板材厚度等對(duì)熱

8、沖壓成形在不同反面影響著成形。 erklein M, Lechler J14對(duì)板料進(jìn)行等溫拉伸，獲得22MnB5奧氏體狀態(tài)下材料扎制方向、溫度和應(yīng)變速率對(duì)流動(dòng)性能的影響，再次基礎(chǔ)上研究了冷卻速度對(duì)材料性能的影響。 Turetta A，Bruschi S,Ghuiotti A15采用熱膨脹計(jì)監(jiān)控22MnB5的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變特征參數(shù)，獲得了馬氏體相變初始溫度及奧氏體化最佳溫度、保溫時(shí)間。文獻(xiàn)16-17講述以B柱熱沖壓考題為基礎(chǔ)，采用熱-力耦合的分析方法，建立了其熱沖壓仿真模型，得到熱沖壓過(guò)程中板料溫度及厚度分布，為熱沖壓模具設(shè)計(jì)提供依據(jù)。綜上，前輩們對(duì)熱沖壓成型技術(shù)的各個(gè)方面的研究，對(duì)工藝過(guò)程中各種

9、問(wèn)題選材、加工、組織性能等都有深入的研究，還有對(duì)不同模擬系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)研究更加精確，以上學(xué)者提出的觀點(diǎn)及研究成果對(duì)熱沖壓的應(yīng)用及發(fā)展前景都用重大影響作用。 參考文獻(xiàn)1 王利，楊雄飛，陸匠心. 汽車輕量化用高強(qiáng)度鋼板的發(fā)展 J. 鋼鐵， 2006:09 2 王洪俊，范海燕. 檢車車身零件制造中的熱成型技術(shù) J. 模具制造， 2005:04 3 雷呈喜，崔俊佳，邢忠文等. 高強(qiáng)鋼盒形件熱沖壓成形組織預(yù)測(cè) A. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)論 文， 2012:1007-2012 4 張志強(qiáng). 高強(qiáng)度鋼板熱沖壓技術(shù)及數(shù)值模擬 J. 華中科技大學(xué)論文， 2010:1001-3814 5 馬寧，吳文華等. 高強(qiáng)度鋼板熱

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11、010:0312 馬俊. 高強(qiáng)鋼熱成型模具冷卻水道優(yōu)化設(shè)計(jì)及成形溫度場(chǎng)分析 J. 材料加工工程， 201313 徐偉力，艾健，管曙榮，羅愛輝. 鋼板熱沖壓新技術(shù)關(guān)鍵裝備和核心技術(shù) J.世界鋼鐵， 2009:0214 M Merklein 1,J Lechler. Investigation of the the thermo-mechanical properties of hot stamping steels J. Jour-nal of Materials Processing Technology, 2006:452-45515 Turetta A，Bruschi S，Ghiortti A. Investigation of 22MnB5 formability in hot stamping operationsJ. Journal of Materials Processing Technology，2006:396-40016 Oberpriller B，Burkhardt L，Griesbach B. Benchmark3-Continuous press hardening Part B：Benchmark AnalysisC. Switzerland：Institute of Virtual Manufa