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超高强度钢板热冲压工艺参数及模具基础实验研究

作　者: 江明天
导　师: 彭成允
学　校: 重庆理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 超高强度钢板淬火性能工艺参数数值模拟热成形模具
分类号: TG306
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

无论是世界还是中国，汽车产业已经进入了飞速发展的阶段，中国已经成为全球第二大汽车国，无论是汽车安全的要求还是节能的需求，越来越多的汽车轻量化的呼声显得越来越迫切，从而导致了热冲压这门技术的跨越发展，本文以宝钢产超高强度钢板BR1500HS为例，首先对热冲压工艺及理论进行一些研究，然后针对该热冲压板材进行了基础性能研究，再通过具体的工艺实验及模具研究总结出合理的工艺及模具参数，由于实验的局限性再通过abaqus模拟对前面得到的一些结论进行补充研究。文中以BR1500HS为主线，通过线性回归方程拟合得到硼钢Ms值的经验计算公式，得到BR1500HS的Ms值为399°C，并对其基本性能进行研究，验证了风冷不适宜应用到热冲压生产上，通过对不同移动时间下的板料水淬情况及温度变化分析了前7s内的温度下降速度为20°C/s，确定了BR1500HS在8s以内完成移动工作能提高马氏体的转变和成形能力。自主研制了一套专门用于研究传热冷却的平板模具，承料钉的提出解决了防止板料和模具直接接触的问题，利用旋转锁模块提供保压力，对该模具的加工难点和功能进行了分析，并通过ansys对平板模具进行应力集中分析给出模具的孔道加工建议，通过此模具中设置的多种可调参数在不同工艺条件下的淬火实验研究，分析了各参数对BR1500HS的淬火性能的影响情况，并通过正交试验确定了BR1500HS的最优工艺参数组合：加热温度为850°C~900°C，保温时间为5min左右，移动时间为4s~8s，通过模拟对实验结论进行了补充，说明了模具大小对板料淬火性能基本没有影响，模具初始温度对淬火性能影响较大，提出了实际热冲压生产中应采用不间断通水才能保证模具初始温度的稳定性和良好的淬火效果。针对曲底槽形件进行热成形模具设计研究，提出了利用锁死装置及在导柱上安装弹簧等使得这类模具可以应用到普通压力机上，并给出了包括模具材料选用、冷却管道设置等参考性意见等，这些给热冲压模具设计及BR1500HS热冲压工艺制定提供了重要的参考资料。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 引言  10-12
  1.2 热冲压国内外研究现状  12-15
    1.2.1 用于热冲压上的超高强度钢板概念及现状  12-13
    1.2.2 超高强度钢板热冲压模具研究现状  13-14
    1.2.3 超高强度钢板热冲压工艺研究现状  14-15
  1.3 论文选题目的及意义  15-16
  1.4 本文技术路线及研究内容  16-18
2 高强板热冲压成形理论  18-30
  2.1 热冲压成形机理  18-20
    2.1.1 热冲压成形基本原理  18
    2.1.2 热冲压成形宏观原理  18-19
    2.1.3 热冲压成形微观原理  19-20
  2.2 热冲压传热理论  20-26
    2.2.1 热力学第一定律  20
    2.2.2 热传递的几种方式  20-22
    2.2.3 导热方程及边界条件  22-24
    2.2.4 对流换热基本方程组  24-26
  2.3 热冲压成形屈服条件  26-28
    2.3.1 屈雷斯加屈服准则  27
    2.3.2 米塞斯屈服准则  27-28
  2.4 本章小结  28-30
3 BR1500HS 高强板的基础性能研究  30-42
  3.1 实验材料及设备  30-31
    3.1.1 实验材料  30
    3.1.2 实验设备  30-31
  3.2 原始材料性能研究  31-34
    3.2.1 拉伸试样尺寸  31-32
    3.2.2 原始材料拉伸性能及硬度测定  32
    3.2.3 BR1500HS 材料马氏体开始转变温度（Ms）的计算  32-34
  3.3 板料淬火后的材料性能研究  34-39
    3.3.1 板料在各淬火方式下的物理实验研究  34-36
    3.3.2 板料在各淬火方式下的金相组织分析  36-37
    3.3.3 不同移动时间下的板料水淬情况分析  37-39
  3.4 本章小结  39-42
4 热冲压平板模具及基础实验参数研究  42-70
  4.1 热冲压平板模具研究  42-47
    4.1.1 模具材料及功能分析  43-45
    4.1.2 模具加工难点分析  45-46
    4.1.3 模具冷却系统分析  46-47
  4.2 平板模具应力集中现象分析  47-50
    4.2.1 有限元模型的建立  48-49
    4.2.2 有限元分析  49-50
  4.3 模具参数及工艺参数对淬火性能影响的实验研究  50-65
    4.3.1 实验设备及方案步骤  51-52
      4.3.1.1 实验设备  51
      4.3.1.2 实验方案步骤  51-52
    4.3.2 样板形状对淬火性能的影响  52-54
    4.3.3 保压力及壁厚对淬火性能的影响  54-57
    4.3.4 孔径对淬火性能的影响  57-59
    4.3.5 移动时间对淬火性能的影响  59-60
    4.3.6 水流速对淬火性能的影响  60-61
    4.3.7 几种工艺参数条件下的正交试验  61-65
  4.4 数值模拟研究  65-68
    4.4.1 模拟基本假设  65
    4.4.2 空冷过程数值模拟  65-66
    4.4.3 模具大小对淬火性能影响的数值模拟  66-67
    4.4.4 模具初始温度对淬火性能影响的数值模拟  67-68
  4.5 本章小结  68-70
5 热冲压成形模具研究  70-78
  5.1 热冲压模具特点分析  70-72
    5.1.1 模具材料  71
    5.1.2 冷却系统设计  71-72
  5.2 曲底槽形件热成形模具结构分析  72-76
    5.2.1 热成形槽型件结构  72
    5.2.2 热成形模具结构设计  72-74
    5.2.3 模具部件功能分析  74-75
    5.2.4 模具冷却系统分析  75-76
    5.2.5 模具制造加工难点分析  76
  5.3 本章小结  76-78
6 结论  78-80
致谢  80-82
参考文献  82-84
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果  84

超高强度钢板热冲压工艺参数及模具基础实验研究

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