【摘要】：熱沖裁是將高強鋼板料加熱至奧氏體狀態(tài)后在模具內(nèi)進行沖裁和淬火的綜合工藝。熱沖裁工藝可大幅度改善零件的成形性能及綜合力學(xué)性能,因而可以用于生產(chǎn)各種具有綜合力學(xué)性能的精密沖裁零件,如:齒板、薄齒輪、薄鏈輪、齒條及其他用于傳動的板片類零件。這類零件一般利用精沖工藝生產(chǎn),然后對具有耐磨要求的零件通過滲碳淬火或感應(yīng)淬火等熱處理工藝提高零件傳動區(qū)域的硬度和耐磨性。熱處理會引起精沖零件的形狀畸變和尺寸變化,影響零件的形狀和尺寸精度。熱沖裁工藝替代傳統(tǒng)的精沖+熱處理工藝,能生產(chǎn)出具有較高硬度和強度的零件,而且可以避免零件在熱處理過程中的畸變。為了獲得高質(zhì)量的熱沖裁零件,各國學(xué)者針對高強度鋼的溫沖裁和熱沖裁工藝進行了相應(yīng)的研究。目前,有關(guān)熱沖裁的研究主要是為了解決高強度鋼板沖孔和切邊困難的問題,有關(guān)利用熱沖裁工藝生產(chǎn)精密沖裁件的研究成果較少,關(guān)于熱沖裁過程有限元模型建立及數(shù)值模擬的研究成果也不多見。為了探索硼鋼熱沖裁最優(yōu)工藝方案,獲得最佳工藝技術(shù)參數(shù)。研究熱沖裁零件微觀組織及尺寸精度的變化規(guī)律和高溫沖裁斷裂機理及斷面微觀形貌,分析沖裁溫度和模具間隙比對零件斷面質(zhì)量、尺寸形狀精度、斷裂角和最大沖裁力的影響。采用不同的沖裁溫度(450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃)和模具間隙比(25%、20%、18%、16%、14%、12%、10%、8%),利用具有特殊設(shè)計結(jié)構(gòu)的沖裁模具對B1500HS鋼板進行了熱沖裁試驗。根據(jù)測試得到的溫度曲線和硼鋼持續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線,分析了沖裁溫度對熱沖裁件組織轉(zhuǎn)變和力學(xué)性能的影響;利用Zeta-20型三維形貌儀測試并分析了沖裁溫度和模具間隙比對熱沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和斷裂角的影響;根據(jù)測試得到的熱沖裁過程中載荷變化曲線,分析了沖裁溫度和模具間隙比對最大沖裁力的影響;利用場發(fā)射Nova NanoSEM 450型高分辨掃描電鏡和JXA-8230電子探針對熱沖裁件斷面微觀形貌進行觀察分析。研究結(jié)果表明:當(dāng)沖裁溫度一定時,零件的直徑隨著模具間隙比的減小而增大,模具間隙比一定時,隨著沖裁溫度的升高,零件的直徑尺寸誤差值出現(xiàn)“負(fù)增長—正增長—負(fù)增長”的波動趨勢,零件在沖裁溫度為450～500℃、650～700℃和750～800℃時的溫度區(qū)間內(nèi)具有較高的沖裁精度;零件的顯微硬度隨沖裁溫度的升高而增大,在沖裁溫度為650～800℃時,零件的組織為完全馬氏體組織,顯微硬度值約為550 HV;隨著沖裁溫度的升高,剪切區(qū)光亮帶寬度增大,撕裂帶寬度減小,斷裂角減小,最大沖裁力減小;沖裁溫度為450～600℃時,斷裂形式主要是韌性斷裂,伴隨局部脆性斷裂,沖裁溫度為650～800℃時,斷裂形式為韌性斷裂,存在大量的細(xì)小等軸韌窩。在沖裁溫度為750～800℃的溫度區(qū)間內(nèi),可獲得形狀尺寸精度高、斷面垂直度好、光亮帶較寬、綜合機械性能優(yōu)良、耐磨性能好的零件。高溫下剪切區(qū)力態(tài)的分布及變化是研究熱沖裁機理的基礎(chǔ),斷裂準(zhǔn)則和斷裂閥值的選擇和確定是準(zhǔn)確預(yù)測熱沖裁斷裂的前提。為了深入探索硼鋼熱沖裁斷裂機理,分析熱沖裁過程中剪切區(qū)的應(yīng)力及應(yīng)變分布與變化規(guī)律,研究靜水應(yīng)力、等效應(yīng)力、等效應(yīng)變、材料流動對裂紋產(chǎn)生位置的影響,確定最優(yōu)的斷裂準(zhǔn)則及斷裂閥值,準(zhǔn)確地預(yù)測高溫沖裁斷裂結(jié)果。利用Deform V11.0建立了高溫?zé)釠_裁有限元模型,通過“回歸擬合—計算—預(yù)測—修正”的計算方法準(zhǔn)確地預(yù)測了不同沖裁溫度下不同斷裂準(zhǔn)則(Normalized CockroftLatham斷裂準(zhǔn)則、Brozzo斷裂準(zhǔn)則、Freudenthal斷裂準(zhǔn)則、Oyane斷裂準(zhǔn)則、RiceTraccy斷裂準(zhǔn)則)的斷裂閥值。利用求得的斷裂閥值對高溫?zé)釠_裁過程進行模擬計算,得到了沖裁裂紋產(chǎn)生的位置及斷口形狀。模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的對比表明:基于Oyane斷裂準(zhǔn)則和Brozzo斷裂準(zhǔn)則預(yù)測的結(jié)果與試驗結(jié)果較吻合;刃口處材料的靜水應(yīng)力達(dá)到最大值時,在凹模和凸模刃口處產(chǎn)生裂紋;通過“回歸擬合—計算—預(yù)測—修正”方法求得的斷裂閥值具有較佳的可靠性和實用性。利用板料成形極限曲線和斷裂極限曲線的測試值和理論計算值能夠準(zhǔn)確的預(yù)測相應(yīng)斷裂準(zhǔn)則下的斷裂閥值,為斷裂閥值的獲得提供高效便捷途徑。另外,硼鋼高溫成形極限值為板料熱沖壓成形性能評估并利用有限元技術(shù)測試沖壓工藝提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。硼鋼B1500HS在高溫完全奧氏體狀態(tài)下發(fā)生變形,其應(yīng)變狀態(tài)無論在成形極限圖的左邊還是右邊都符合0角度縮頸,這與M-K凹槽失穩(wěn)簡化模型一致。另外,本構(gòu)方程在很大程度上影響著成形極限圖的預(yù)測精度。利用包括變形激活能和變形溫度的雙曲正弦形式修正的Arrhenius模型,并結(jié)合Logan-Hosford屈服準(zhǔn)則和Von Mises屈服準(zhǔn)則預(yù)測硼鋼B1500HS熱成形極限值。對不同條件下(包括不同的變形溫度600～900℃,不同的平均應(yīng)變速率0.1s-1～10s-1,不同的初始不均勻度f0為0.997-0.999)硼鋼B1500HS的熱成形極限值進行理論計算,并且硼鋼B1500HS高溫?zé)岢尚螛O限圖計算結(jié)果與試驗測試值能夠很好的吻合。理論計算結(jié)果表明,隨著材料不均勻度的降低,硼鋼熱成形極限曲線下降,并且初始不均勻度f0=0.997時,硼鋼熱成形極限應(yīng)變值預(yù)測精度最高;隨著成形溫度的升高,熱成形極限曲線上升;隨著平均應(yīng)變速率的增大,硼鋼熱成形極限曲線稍微升高。
【圖文】：

別可達(dá)１５００邋ＭＰａ、ＨＶ邋４８０，而且尺寸精度高，基本沒有回彈丨７＿｜（）１。部分汽車工逡逑業(yè)己經(jīng)利用熱沖壓工藝進行實際生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀、尺寸精度高、綜合性能好的逡逑汽車安全結(jié)構(gòu)件，，如圖１．１所示。逡逑Ｉ逡逑

到設(shè)有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)進行高溫沖壓成形并在模具內(nèi)部進行保壓淬火冷卻至逡逑室溫，在一定的冷卻速度下，使成形件的微觀組織由奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，最終逡逑得到的零件具有高強度、硬度、成形精度及良好綜合性能〃３＿１５］，如圖１．２所示。逡逑Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ逡逑Ｊ邐Ｗ邋？邋Ｂ邋丨邋Ａ邋Ｍ逡逑ｃｏｏｌｉｎｇ邋邐逡逑Ｍｒ邋Ｉ逡逑Ｆｅｒｒｉｔｅ＋Ｐｅａｒｌｉｔｅ逡逑圖１．２熱沖壓成形原理［１５】逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｈｏｔ邋ｓｔａｍｐｉｎｇ＂５】逡逑根據(jù)熱沖壓的工藝過程，可分為兩類：直接熱沖壓成形工藝和間接熱沖壓成逡逑形工藝。直接熱沖壓工藝是將硼鋼板加熱到奧氏體化溫度，保溫一定的時間，使逡逑板料完全奧氏體化，然后通過機械手等裝置將加熱的板材快速轉(zhuǎn)移到模具中并在逡逑高溫下快速成形，隨后在模具內(nèi)保壓冷卻淬火，最終得到綜合力學(xué)性能良好、尺逡逑寸精度高的零件，這種方式主要用于生產(chǎn)制造幾何形狀不是非常復(fù)雜的零件，汽逡逑車車身大部分的零件都是通過直接熱沖壓成形。間接熱沖壓成形工藝，是先將板逡逑料在室溫下模具內(nèi)成形，使板料的幾何尺寸達(dá)到零件最終尺寸的９０％？９５％。然逡逑后再將部分成形的零件加熱至完全奧氏體狀態(tài)
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG161

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本文編號：2625676