汽車車門外板沖壓模具設(shè)計【全套含CAD圖紙】

喜歡這套資料就充值下載吧。資源目錄里展示的都可在線預(yù)覽哦。下載后都有，請放心下載，文件全都包含在內(nèi)，有疑問咨詢QQ:1064457796 譯文：利用超高強(qiáng)度鋼設(shè)計車門橫梁熱沖壓模具 摘要：節(jié)能與安全是汽車行業(yè)發(fā)展的永恒主題。熱沖壓超高強(qiáng)度鋼擁有在減少車輛重量的同時提高安全性能這一雙重優(yōu)點，使其被廣泛地應(yīng)用于汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中。本文以車門橫梁作為例子對成形和淬火一體化模進(jìn)行了研究，尤其是整個模具結(jié)構(gòu)和熱沖壓過程的研究，通過數(shù)值模擬對凹模強(qiáng)度、冷卻管布置和其他相關(guān)因素進(jìn)行了優(yōu)化，并且用該模具生產(chǎn)出了拉伸強(qiáng)度為1550Mpa，伸長率為6.5和形狀精度為0.3mm的橫梁。此外，橫梁的剛度和強(qiáng)度比原來的分別提高了2.2倍和3.8倍，在C-NCAP碰撞測試中得到了滿分。通過減小橫截面的厚度和拉深深度，橫梁的重量減輕了9.32，并且提高了節(jié)能和減排效果。關(guān)鍵詞：熱成形，超高強(qiáng)度鋼，機(jī)械特性，汽車輕量化71 引言視曲梁enfan汽車輕量化和乘客的被動安全性能成為汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢，而節(jié)能環(huán)保被大家深深地重視。超高強(qiáng)度鋼具有重量輕和安全改進(jìn)的性能這一雙重優(yōu)勢使得它的應(yīng)用得到迅速增長，也正是由于高強(qiáng)度和高精度這兩個特點，使其已成為行業(yè)的熱點。一方面，在成形過程中的參數(shù)是熱沖壓技術(shù)的關(guān)鍵點，另一方面，熱沖壓模具需要設(shè)置冷卻系統(tǒng)以確保沖壓和淬火，這是和普通沖壓模具完全不同的功能。主要參數(shù)包括加熱溫度，保溫時間，成型速度，沖裁力，開模溫度，流速等，在熱沖壓工藝中主要是為了確保對成型零件的高強(qiáng)度和高精度進(jìn)行優(yōu)化。本文以一個中國自主品牌的車門橫梁為例，對超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓技術(shù)和輕量化設(shè)計進(jìn)行了研究。2 超高強(qiáng)度鋼車門橫梁的熱沖壓模具的開發(fā)2.1熱沖壓模具材料的優(yōu)化在熱沖壓過程中，相變強(qiáng)化零件成形后通過模具完成，所以模具需要建立內(nèi)部冷卻管道，以實現(xiàn)冷卻淬火的功能。從材料性能的角度來看，模具材料必須具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，以達(dá)到快速均勻的散熱效果，更好的熱疲勞性能和耐高溫性長期地在冷熱交替的狀態(tài)下工作，需要有好的耐磨性承受劇烈的摩擦和高溫，抵抗坯料表面的氧化。HHD是高鉻含量的熱作模具鋼材料（表1中示出），鉻在使用中可以提高其耐腐蝕性。常溫下，HHD的硬度在HRC48以上，在600可以保持HV498.2，在高溫下顯示出較高的強(qiáng)度和良好的熱穩(wěn)定性。該材料在高溫下還顯示出優(yōu)異的耐磨性，是ASSAB8407材料的三分之一。2.2 超高強(qiáng)度鋼橫梁的發(fā)展和沖壓模具冷卻系統(tǒng)管狀梁是橫梁的一種，它包括無縫管橫梁和焊縫管橫梁，其中焊縫管是由最大拉伸強(qiáng)度約為400MPa焊接鋼板彎曲成管狀制成的，無縫鋼管是用拉伸強(qiáng)度高達(dá)600MPa的材料通過拉伸方法制造的，極少的硬化管得到1400MPa的拉伸強(qiáng)度。這些橫梁具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低優(yōu)點，但是其防護(hù)性能相對較差。另一種防撞門梁被稱為帽形梁主要劃分成單帽狀（U型）和雙帽狀（W型），其拉伸強(qiáng)度可達(dá)1500MPa以上，并通過燙印工藝獲得更高的安全性能，其多應(yīng)用于歐洲和美國的汽車上。一種橫梁從無縫管優(yōu)化成雙帽狀（厚2毫米，長1071毫米和寬99.9毫米）與圖1所示。冷卻管道被布置成均勻分布以維持良好的冷卻效率，如圖2所示，螺栓密封方法用于上模頭和O形密封環(huán)的端部被用在底部，以防止高速冷卻水循環(huán)泄漏。冷卻速度是由水的流速保證的，根據(jù)生產(chǎn)周期進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且選擇合適的冷卻水的溫度。2.3 冷卻參數(shù)設(shè)計熱沖壓模具的冷卻系統(tǒng)不僅影響完成成形和淬火，而且還影響零件的最終性能。這些參數(shù)包括，例如三個方面從模具表面至冷卻管道深處，管道之間的間距（管中心的距離）和冷卻管的直徑，即位置、布局和管形狀。先決條件數(shù)值模擬模具的初始溫度為20，坯料初始溫度為890，冷卻水的流速為1m/ s，其他冷卻參數(shù)都列于表2模擬結(jié)果如圖3所示。如圖3所示，從模具表面至冷卻管中心隨著距離的增加和管道間距離的增加，平均冷卻速率減小;隨著管道直徑的增加，平均冷卻速度線性增加。對冷卻速度影響最大的因素是離模具表面的距離，其次是管道間距，最后是管道的直徑。也就是說，設(shè)計模具冷卻系統(tǒng)中首先要考慮的是從模具表面到冷卻管的距離的計算，并且它還是管道間距和管道直徑設(shè)計的合理與否的基礎(chǔ)。到模具表面的距離為10mm的散熱管，15mm的管道間距和10mm的管道直徑是最優(yōu)的仿真結(jié)果。冷卻管道的設(shè)計應(yīng)保證模具能達(dá)到熱沖壓工藝所需要的足夠的強(qiáng)度，因此需要進(jìn)行模具初步的整體強(qiáng)度的測試。下一數(shù)值模擬的邊界條件是摩擦系數(shù)為0.03，成形速度為50mm/ s，應(yīng)力場和應(yīng)力在圖4中示出。結(jié)果表明，模具沒有損壞，因為其最大變形僅為0.027毫米，這是在彈性變形范圍內(nèi)。應(yīng)力的仿真結(jié)果表明，該應(yīng)力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有超過該坯料的機(jī)械強(qiáng)度，開裂現(xiàn)象就不會發(fā)生。相應(yīng)的橫梁模具實體如圖5所示。3 熱沖壓工藝的應(yīng)用3.1 熱沖壓仿真熱沖壓工藝主要是對板材的高溫變形行為進(jìn)行分析，對與其密切相關(guān)的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在本文中，寶鋼熱軋BR1500HS（表3中所示的組合物）具有HV193的硬度和666MPa的拉伸強(qiáng)度，鐵素體和珠光體的組織在實驗中測量。從CCT曲線（圖6），可以看出的是，材料的AC3為811，AC1是736，臨界冷卻速率為15/ s，馬氏體起點是在350380之間，終點是在280300之間。實驗對Gleeble-3800熱模的流變行為進(jìn)行模擬研究。樣品是在以15/ s的速度下加熱到950，在此溫度下保溫5分鐘得到均勻的奧氏體組織，然后以70/ s的冷卻速度迅速冷卻到試驗溫度下，來完成等溫拉伸試驗。在數(shù)據(jù)分析的過程中，用諾頓 - 霍夫定律來構(gòu)建模型： = 50.12 0.31&0.07 exp(2542 T ) 熱沖壓數(shù)值模擬是根據(jù)特性參數(shù)和材料模型來完成的，并將結(jié)果示于圖8。該材料在A區(qū)流動速度最快和產(chǎn)生過大的變形，因此這里有20的最大減薄率和這將是最容易產(chǎn)生最大的集中應(yīng)力的地方。該物質(zhì)流動時在B區(qū)被擠壓，其中導(dǎo)致出現(xiàn)最高溫度和厚度增加，因為這是最后接觸模具的地方。兩側(cè)的溫度最低，顯然這里的壓力最大且最先和模具接觸。該部分的最低溫度為600以上，根據(jù)模擬的結(jié)果，能滿足馬氏體相變的要求。在整個過程中模具的最高溫度低于200，那么成形部分的溫度低于150，制件在溫度為60以下淬火15秒的時間后，得到結(jié)構(gòu)良好的零件，而不起皺和開裂。淬火時間對于零件厚度的分布和馬氏體相變的形成是有幫助的，結(jié)果示于圖8?？梢钥闯?，在厚度為2mm左右（92.21），熱沖壓后，其厚度在淬火后更均勻（2毫米93.34）。3.2 熱沖壓工藝和優(yōu)化鋼板在高溫下的拉伸強(qiáng)度只有100MPa，如果有坯料夾持力（BHF的簡稱），由于零件的抗拉強(qiáng)度不能足以維持摩擦阻力該材料很快流入，零件被打破，這一現(xiàn)象可以從圖中9可以看出。沒有壓邊力時很少有部位在沖壓中起皺，因為在高溫時零件的強(qiáng)度低可以伸展自如。在實驗中，溫度參數(shù)對微結(jié)構(gòu)的變化的影響是最大的，沖壓中對力學(xué)性能的成形參數(shù)也是有影響的。淬火時間和合理的散熱速度對馬氏體相變的影響是明顯的，沖壓力流入成型沖壓件。此外，坯料的熱傳遞時間是一個重要的因素，也就是說隨著熱傳遞時間的增加，初始變形溫度降低，需要較大的壓力完成沖壓。另外，馬氏體相變就不能完成。最佳工藝參數(shù)概括在表4中，在實踐中得到了質(zhì)量優(yōu)異的防撞梁，如圖10所示。3.3 力學(xué)性能測試和分析拉伸試驗、硬度試驗、厚度測試、殘余應(yīng)力測試和精度測試的結(jié)果如表5所示，從其中可以得到如下結(jié)論：抗拉強(qiáng)度達(dá)到1550MPa，是冷彎曲管狀梁的3.8倍（約400Mpa），最大減薄率17%滿足了沖壓厚度的要求，白光掃描顯示的在兩端焊接表面的尺寸精度完全滿足焊接件所要求的精度（0.5mm），如圖11所示，并且顯示為均勻的板條馬氏體微觀結(jié)構(gòu)。如圖12所示三點彎曲試驗表明，冷沖壓管梁無法持續(xù)承受20mm以上變形量的力，而熱沖壓管梁的彈性好可以承受更大的力，其承受的力是冷沖壓管梁的2.5倍。根據(jù)GB20071-2006汽車側(cè)面碰撞標(biāo)準(zhǔn)，冷沖壓管梁與熱沖壓管梁的車輛側(cè)面碰撞圖像的對比如圖13所示。根據(jù)評估，按照C-NCAP規(guī)定，冷沖壓管梁車輛的得分是10.85分，熱沖壓管梁車輛的得分為16分（滿分）。超高強(qiáng)度鋼對車輛側(cè)面碰撞安全性能整體的提升起到了重要作用，并確保所有碰撞指標(biāo)均達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)。與冷沖壓管梁相比，厚度為2mm 的WTYPE熱沖壓梁的安全性能有顯著地增加，重量增加了38。為了滿足汽車車身輕量化的要求，兩種橫梁都在拉深深度和厚度這兩個方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的開發(fā)。當(dāng)熱沖壓鋼板的厚度從2mm減小到1.6毫米，冷彎管重量增加7.7;保持長度和寬度恒定，同時深度從32毫米減少到23.6毫米，重量下降9.32，帶動所有能源減排。門梁的三點彎曲實驗（圖14）表明，減速板厚或縮小深度，熱沖壓梁的彎曲性能降低同步以及板材厚度對于彎曲加工性起到重要作用，所以汽車零件可以實現(xiàn)從厚變薄的同時實現(xiàn)重量更輕巧塑身的目的。如圖14所示，輕量化的變形優(yōu)化門梁增加15毫米與將深門梁從32毫米減小到2mm相比，原來變形的6.7，變形增加量不會影響對汽車側(cè)面碰撞試驗的結(jié)果，改進(jìn)輕巧的門梁滿足安全要求的兩倍并輕量級。結(jié)論1、 對冷卻管道冷卻效果影響最大的因素是冷卻管道到模具成形面管的距離，接著是管道間距和管道直徑。模具表面和冷卻管道的距離應(yīng)是管道間距和直徑合理設(shè)計的基礎(chǔ)。2、 熱沖壓模具開發(fā)、優(yōu)化的系統(tǒng)和工藝參數(shù)可以完全保證馬氏體和優(yōu)異的機(jī)械性能，具有平均拉伸強(qiáng)度1550Mpa的，6.5的伸長率，形狀精度0.5毫米;和優(yōu)化過程參數(shù)進(jìn)行加熱溫度為930，保溫4.5min的時間，形成了速度75毫米/秒，7Mpa的沖擊壓力，15s的熄滅時間，流程速度1.1米/秒的性能。3、 超高強(qiáng)度鋼板門梁進(jìn)行了優(yōu)化，實現(xiàn)碰撞測試的滿分，剛度增加了2.5倍，強(qiáng)度提高3.8倍，輕量化9.32，和原來的管道相比，取得安全和輕巧的雙目標(biāo)。致謝這項研究是由美國國家基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃資助中國（2012CB724301），國際科技合作（2011DFA50810）的項目。參考文獻(xiàn)1. 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