《某汽车横梁变强度热成形工艺设计与有限元仿真》
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摘 要：针对某汽车横梁零件,设计了变强度热成形工艺方案并确定了相关工艺参数.通过有限元仿真的方法,对零件成形性、微观组织、力学性能和回弹量进行了预测,结果表明：该汽车横梁变强度热成形零件成形性好,无开裂起皱风险;零件硬区组织以马氏体为主,抗拉强度高于1500 Mpa;软区组织以贝氏体为主,抗拉强度约为750 Mpa;过渡区宽度为14 mm～ 16 mm;回弹量最大回弹量为3.0 mm,该零件回弹量结果可用于指导后续的模具回弹补偿.关键词：变强度;热成形;工艺設计;回弹;汽车横梁中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）11-166-03
Abstract：The hot forming process and parameters for automobile beam with variable strength are designed in this paper. Through simulation, the formability, microstructure, mechanical properties and spring back are predicted. The results show that there is no crack or wrinkle and the formability of this beam’s hot forming is good; martensite is predominate and the tensile strength is higher than 1500 Mpa in hard zone; in soft zone, bainite dominates and the tensile strength is about 750 Mpa; the transition zone is about 14-16mm; the spring back is about 3.0mm and simulation results can be used in subse-quent die compensation.Keywords： Variable strength; Hot forming; Process design; Spring back; Automobile beamCLC NO.： U466 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）11-166-03
前言
近年来,随着新能源汽车的不断发展,续航里程已成为卡住新能源汽车发展的重要瓶颈之一.为了解决该问题,一方面需要电池技术的突破,如提高电池能量密度;另一方面,也可通过降低整车质量实现新能源汽车续航里程的增加[1-2].因此有关汽车轻量化的研究在汽车行业内越来越热门;其中,使用变强度热成形工艺制造超高强钢零件不仅可以降低汽车质量,还能通过设计零件的强度变化,提高车辆的安全性能[3-4].故变强度热成形工艺在汽车白车身制造行业的应用将越来越广泛、越来越普遍.因此,研究变强度热成形工艺对汽车白车身制造有重要指导和参考作用.
本文以某汽车横梁为例,完成了变强度热成形工艺设计,并通过有限元仿真分析验证了工艺设计的合理性,保证成形零件符合设计要求.对零件回弹量进行了预测,为模具回弹补偿提供指导,缩短模具开发周期.
1 变强度热成形工艺设计
如图1所示是某汽车横梁变强度热成形零件,零件材料为超高强度钢22MnB5,厚度1.5mm.根据设计要求,零件被分为硬区和软区,硬区抗拉强度超过1500MPa,其微观组织应为马氏体;软区抗拉强度约为700MPa,其微观组织应以贝氏体为主[5].根据零件设计要求,设计该汽车横梁变强度热成形工艺并建立有限元仿真模型如图2所示,采用“上模+上压料板+下模”的拉延成形工艺,成形模具被分为低温区和高温区.研究表明[6-7],为了保证零件硬区完成马氏体组织转变,相应的低温区模具温度约为100℃;为了保证完成贝氏体组织转变,高温区模具温度应至少高于马氏体组织转变起始温度425℃,通常为500℃～550℃.因此,设计变强度热成形低温区模具温度为100℃,高温区模具温度为550℃.根据实际生产条件确定其它工艺参数如下：采用辊底炉加热板料至950℃,并保温传递至冲压成形工位处;为减少板料传递过程中的热量散失,采用双机械手同时完成取件和上料动作,故板料传递时间为2s;采用高速冲压压力机,从压力机启动至快速下降再到完成冲压成形的全过程时间为2s;通过有限元仿真模拟计算,获得上压料板的压料力为250 kN,保压力为1000 kN,保压时间为8s.
2 有限元仿真结果
基于上述工艺方案设计与工艺参数,采用有限元分析软件Autoform R6热成形模块对该汽车横梁变强度热成形零件进行有限元仿真.如图3为有限元仿真成形性结果,图4为减薄率结果.从图3成形性结果来看,成形后零件主体部分为成形安全,零件边缘两侧为大平面区域,因其本身塑性变量少,故呈现成形不足,但不影响零件质量.零件局部凸凹状型面部分存在可能起皱的风险需要进一步分析验证.从图4减薄率来看,零件最大减薄率为-0.19,不存在开裂缺陷;图3中可能起皱的区域,最大增厚率为0.03,小于0.05,起皱风险较低.因此可判断,在该工艺设计方案和工艺参数条件下,零件成形性较好,无开裂起皱风险.
如图5、图6分别为成形零件微观组织马氏体含量和贝氏体含量预测结果,图7为零件抗拉强度预测结果.有限元仿真结果显示,零件成形后,硬区主体部分的微观组织为马氏体,马氏体含量可达100%,抗拉强度约为1500 Mpa～1550 Mpa;零件软区主体部分的微观组织为贝氏体,贝氏体含量可达100%,抗拉强度约为740 Mpa～760 Mpa;分别以硬区90%马氏体含量线和软区90%贝氏体含量线为分界线,测得零件过渡区宽度约为14 mm～16 mm,过渡区零件抗拉强度约为920 Mpa～1250 Mpa.
如图8为零件成形后的回弹预测结果.从图8可以看出,该汽车横梁变强度热成形零件平面部分回弹量较大,回弹量在2.0 mm～3.0 mm范围内波动,需要进行回弹补偿;零件侧壁回弹量较小,回弹量在0.25 mm～0.45 mm范围内波动.值得注意的是,零件硬区软区回弹量及分布规律未见显著差异.该结果可用于指导后续有关回弹补偿的修模工作.
3 结论
（1）针对某汽车横梁变强度热成形零件,设计了“上模+上压料板+下模”的拉延成形工艺方案,确定了具体的成形工艺参数,如板料加热温度为950℃、坯料转移时间2s,压料力为250kN,保压力为1000kN,保压时间为8s,变强度热成形低温区模具温度为100℃,高温区模具温度为550℃等.
（2）通过有限元仿真的方法,对该零件进行数值模拟仿真,仿真结果显示零件成形质量好,无开裂或起皱风险;对零件微观组织、力学性能、过渡区宽度、回弹量等进行了预测,有利于对零件质量进行判断或指导后续模具回弹补偿工作.
参考文献
[1] 谭妍玮.纯电动汽车轻量化途径研究[J].汽車实用技术,2019（24）：8-9+25.
[2] Merklein M,Johannes M,Lechner M,et al.A review on tailored blanks-Production,applications and evaluation[J].Journal ofMateri-alsProcessing Technology, 2014,214：151-164.
[3] 谭方培.高强钢热冲压成形中的相变模型及应用研究[D]哈尔滨： 哈尔滨工业大学,2016.
[4] 朱敏,姬琳,叶辉.考虑侧碰的汽车B柱加强板材料性能梯度优化[J].吉林大学学报（工学版）, 2011,41（5）：1210-1215.
[5] 盈亮,戴明华,胡平,范正帅,申国哲,史栋勇.高强度热成形钢板冷却速率-强度-硬度预测[J].吉林大学学报（工学版）,2014,44（06）：1716-1722.
[6] 黄超群.模具温度对汽车B柱变强度热成形零件过渡区的影响[J].锻压技术,2019,44（07）：52-57.
[7] 周杰,谈顺强,陈业均,李民.汽车后纵梁变强度热成形工艺[J].锻压技术,2019,44（11）：32-38.
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有限元和工艺设计引用文献:
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