汽车车门外板冲压模具设计【全套含CAD图纸】
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译文：利用超高强度钢设计车门横梁热冲压模具 摘要：节能与安全是汽车行业发展的永恒主题。热冲压超高强度钢拥有在减少车辆重量的同时提高安全性能这一双重优点，使其被广泛地应用于汽车车身结构设计中。本文以车门横梁作为例子对成形和淬火一体化模进行了研究，尤其是整个模具结构和热冲压过程的研究，通过数值模拟对凹模强度、冷却管布置和其他相关因素进行了优化，并且用该模具生产出了拉伸强度为1550Mpa，伸长率为6.5和形状精度为0.3mm的横梁。此外，横梁的刚度和强度比原来的分别提高了2.2倍和3.8倍，在C-NCAP碰撞测试中得到了满分。通过减小横截面的厚度和拉深深度，横梁的重量减轻了9.32，并且提高了节能和减排效果。关键词：热成形，超高强度钢，机械特性，汽车轻量化71 引言视曲梁enfan汽车轻量化和乘客的被动安全性能成为汽车行业的发展趋势，而节能环保被大家深深地重视。超高强度钢具有重量轻和安全改进的性能这一双重优势使得它的应用得到迅速增长，也正是由于高强度和高精度这两个特点，使其已成为行业的热点。一方面，在成形过程中的参数是热冲压技术的关键点，另一方面，热冲压模具需要设置冷却系统以确保冲压和淬火，这是和普通冲压模具完全不同的功能。主要参数包括加热温度，保温时间，成型速度，冲裁力，开模温度，流速等，在热冲压工艺中主要是为了确保对成型零件的高强度和高精度进行优化。本文以一个中国自主品牌的车门横梁为例，对超高强度钢板热冲压技术和轻量化设计进行了研究。2 超高强度钢车门横梁的热冲压模具的开发2.1热冲压模具材料的优化在热冲压过程中，相变强化零件成形后通过模具完成，所以模具需要建立内部冷却管道，以实现冷却淬火的功能。从材料性能的角度来看，模具材料必须具有较高的导热系数，以达到快速均匀的散热效果，更好的热疲劳性能和耐高温性长期地在冷热交替的状态下工作，需要有好的耐磨性承受剧烈的摩擦和高温，抵抗坯料表面的氧化。HHD是高铬含量的热作模具钢材料（表1中示出），铬在使用中可以提高其耐腐蚀性。常温下，HHD的硬度在HRC48以上，在600可以保持HV498.2，在高温下显示出较高的强度和良好的热稳定性。该材料在高温下还显示出优异的耐磨性，是ASSAB8407材料的三分之一。2.2 超高强度钢横梁的发展和冲压模具冷却系统管状梁是横梁的一种，它包括无缝管横梁和焊缝管横梁，其中焊缝管是由最大拉伸强度约为400MPa焊接钢板弯曲成管状制成的，无缝钢管是用拉伸强度高达600MPa的材料通过拉伸方法制造的，极少的硬化管得到1400MPa的拉伸强度。这些横梁具有结构简单，制造成本低优点，但是其防护性能相对较差。另一种防撞门梁被称为帽形梁主要划分成单帽状（U型）和双帽状（W型），其拉伸强度可达1500MPa以上，并通过烫印工艺获得更高的安全性能，其多应用于欧洲和美国的汽车上。一种横梁从无缝管优化成双帽状（厚2毫米，长1071毫米和宽99.9毫米）与图1所示。冷却管道被布置成均匀分布以维持良好的冷却效率，如图2所示，螺栓密封方法用于上模头和O形密封环的端部被用在底部，以防止高速冷却水循环泄漏。冷却速度是由水的流速保证的，根据生产周期进行调节，并且选择合适的冷却水的温度。2.3 冷却参数设计热冲压模具的冷却系统不仅影响完成成形和淬火，而且还影响零件的最终性能。这些参数包括，例如三个方面从模具表面至冷却管道深处，管道之间的间距（管中心的距离）和冷却管的直径，即位置、布局和管形状。先决条件数值模拟模具的初始温度为20，坯料初始温度为890，冷却水的流速为1m/ s，其他冷却参数都列于表2模拟结果如图3所示。如图3所示，从模具表面至冷却管中心随着距离的增加和管道间距离的增加，平均冷却速率减小;随着管道直径的增加，平均冷却速度线性增加。对冷却速度影响最大的因素是离模具表面的距离，其次是管道间距，最后是管道的直径。也就是说，设计模具冷却系统中首先要考虑的是从模具表面到冷却管的距离的计算，并且它还是管道间距和管道直径设计的合理与否的基础。到模具表面的距离为10mm的散热管，15mm的管道间距和10mm的管道直径是最优的仿真结果。冷却管道的设计应保证模具能达到热冲压工艺所需要的足够的强度，因此需要进行模具初步的整体强度的测试。下一数值模拟的边界条件是摩擦系数为0.03，成形速度为50mm/ s，应力场和应力在图4中示出。结果表明，模具没有损坏，因为其最大变形仅为0.027毫米，这是在弹性变形范围内。应力的仿真结果表明，该应力是远远没有超过该坯料的机械强度，开裂现象就不会发生。相应的横梁模具实体如图5所示。3 热冲压工艺的应用3.1 热冲压仿真热冲压工艺主要是对板材的高温变形行为进行分析，对与其密切相关的工艺参数进行优化。在本文中，宝钢热轧BR1500HS（表3中所示的组合物）具有HV193的硬度和666MPa的拉伸强度，铁素体和珠光体的组织在实验中测量。从CCT曲线（图6），可以看出的是，材料的AC3为811，AC1是736，临界冷却速率为15/ s，马氏体起点是在350380之间，终点是在280300之间。实验对Gleeble-3800热模的流变行为进行模拟研究。样品是在以15/ s的速度下加热到950，在此温度下保温5分钟得到均匀的奥氏体组织，然后以70/ s的冷却速度迅速冷却到试验温度下，来完成等温拉伸试验。在数据分析的过程中，用诺顿 - 霍夫定律来构建模型： = 50.12 0.31&0.07 exp(2542 T ) 热冲压数值模拟是根据特性参数和材料模型来完成的，并将结果示于图8。该材料在A区流动速度最快和产生过大的变形，因此这里有20的最大减薄率和这将是最容易产生最大的集中应力的地方。该物质流动时在B区被挤压，其中导致出现最高温度和厚度增加，因为这是最后接触模具的地方。两侧的温度最低，显然这里的压力最大且最先和模具接触。该部分的最低温度为600以上，根据模拟的结果，能满足马氏体相变的要求。在整个过程中模具的最高温度低于200，那么成形部分的温度低于150，制件在温度为60以下淬火15秒的时间后，得到结构良好的零件，而不起皱和开裂。淬火时间对于零件厚度的分布和马氏体相变的形成是有帮助的，结果示于图8。可以看出，在厚度为2mm左右（92.21），热冲压后，其厚度在淬火后更均匀（2毫米93.34）。3.2 热冲压工艺和优化钢板在高温下的拉伸强度只有100MPa，如果有坯料夹持力（BHF的简称），由于零件的抗拉强度不能足以维持摩擦阻力该材料很快流入，零件被打破，这一现象可以从图中9可以看出。没有压边力时很少有部位在冲压中起皱，因为在高温时零件的强度低可以伸展自如。在实验中，温度参数对微结构的变化的影响是最大的，冲压中对力学性能的成形参数也是有影响的。淬火时间和合理的散热速度对马氏体相变的影响是明显的，冲压力流入成型冲压件。此外，坯料的热传递时间是一个重要的因素，也就是说随着热传递时间的增加，初始变形温度降低，需要较大的压力完成冲压。另外，马氏体相变就不能完成。最佳工艺参数概括在表4中，在实践中得到了质量优异的防撞梁，如图10所示。3.3 力学性能测试和分析拉伸试验、硬度试验、厚度测试、残余应力测试和精度测试的结果如表5所示，从其中可以得到如下结论：抗拉强度达到1550MPa，是冷弯曲管状梁的3.8倍（约400Mpa），最大减薄率17%满足了冲压厚度的要求，白光扫描显示的在两端焊接表面的尺寸精度完全满足焊接件所要求的精度（0.5mm），如图11所示，并且显示为均匀的板条马氏体微观结构。如图12所示三点弯曲试验表明，冷冲压管梁无法持续承受20mm以上变形量的力，而热冲压管梁的弹性好可以承受更大的力，其承受的力是冷冲压管梁的2.5倍。根据GB20071-2006汽车侧面碰撞标准，冷冲压管梁与热冲压管梁的车辆侧面碰撞图像的对比如图13所示。根据评估，按照C-NCAP规定，冷冲压管梁车辆的得分是10.85分，热冲压管梁车辆的得分为16分（满分）。超高强度钢对车辆侧面碰撞安全性能整体的提升起到了重要作用，并确保所有碰撞指标均达到了国家标准。与冷冲压管梁相比，厚度为2mm 的WTYPE热冲压梁的安全性能有显著地增加，重量增加了38。为了满足汽车车身轻量化的要求，两种横梁都在拉深深度和厚度这两个方面进行优化设计的开发。当热冲压钢板的厚度从2mm减小到1.6毫米，冷弯管重量增加7.7;保持长度和宽度恒定，同时深度从32毫米减少到23.6毫米，重量下降9.32，带动所有能源减排。门梁的三点弯曲实验（图14）表明，减速板厚或缩小深度，热冲压梁的弯曲性能降低同步以及板材厚度对于弯曲加工性起到重要作用，所以汽车零件可以实现从厚变薄的同时实现重量更轻巧塑身的目的。如图14所示，轻量化的变形优化门梁增加15毫米与将深门梁从32毫米减小到2mm相比，原来变形的6.7，变形增加量不会影响对汽车侧面碰撞试验的结果，改进轻巧的门梁满足安全要求的两倍并轻量级。结论1、 对冷却管道冷却效果影响最大的因素是冷却管道到模具成形面管的距离，接着是管道间距和管道直径。模具表面和冷却管道的距离应是管道间距和直径合理设计的基础。2、 热冲压模具开发、优化的系统和工艺参数可以完全保证马氏体和优异的机械性能，具有平均拉伸强度1550Mpa的，6.5的伸长率，形状精度0.5毫米;和优化过程参数进行加热温度为930，保温4.5min的时间，形成了速度75毫米/秒，7Mpa的冲击压力，15s的熄灭时间，流程速度1.1米/秒的性能。3、 超高强度钢板门梁进行了优化，实现碰撞测试的满分，刚度增加了2.5倍，强度提高3.8倍，轻量化9.32，和原来的管道相比，取得安全和轻巧的双目标。致谢这项研究是由美国国家基础研究发展计划资助中国（2012CB724301），国际科技合作（2011DFA50810）的项目。参考文献1. Zhuang, B., Shan, Z., and Jiang, C., “Hot Stamping Technologyand the Application in Automobile Body,” Machinist MetalForming, No. 21, pp. 62-64, 2010.2. Gu, Z.-W., Shan, Z.-D., Xu, H., and Jiang, C., “Hot formingtechnology of automotive high strength steel sheet stampingpart,” Die & Mould Industry, Vol. 35, No. 4, pp. 27-29, 2009.3. Sikora, S. and Lenze, F.-J., “Hot-Forming Important Parametersfor the Production of High-Strength BIW Parts,” IDDRG, pp.295-301, 2006.4. Kim, Y.-J. and Choi, C.-H., “A study on life estimation of hotforging die,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 10, No. 3, pp. 105-113, 2009.5. Shan, Z., Zhang, M., Jiang, C., Xu, Y., and Rong, W., “Basicstudy on Die Cooling System of Hot Stamping Process,” Proc.of the Int. Conf. on Advanced Technology of Design andManufacture, pp. 1-4, 2010.6. Hoffmann, H., So, H., Steinbeiss, H., “Design of Hot StampingTools with Cooling System,” Annals of the CIRP, Vol. 56, No. 1,pp. 269-272, 2007.7. Ahn, D.-G., “Applications of laser assisted metal rapid toolingprocess to manufacture of molding & forming tools state ofthe art,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 12, No. 5, pp. 925-938,2011.8. Merklein, M., Lechler, J., and Geiger, M., “Characterization ofthe Flow Properties of the Quenchenable Ultra High StrengthSteel 22MnB5,” Annals of the CIRP, Vol. 55, No. 1, pp. 229-232, 2006.9. Woon, K.-S., Rahman, M., and Liu, K., “Numerical andexperimental study of contact behavior in the tool-basedmicromachining of steel,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 11,No. 3, pp. 453-459, 2010.10. Zhuang, B., Shan, Z., Jiang, C., and Rong,
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