影响汽车零部件热冲压成形的因素分析与优化

影响汽车零部件热冲压成形的因素分析与优化

近年来，汽车一直朝向更高的强度、更低的燃油消耗以及更好的安全性方向发展。这促使众多汽车制造商开始在汽车零部件制造过程中，采用具有较高比强度的材料，如高强度合金钢、先进高强度合金钢等。在对高强度合金钢板件进行冲压成形时，传统的冷冲压成形可能会造成其开裂、皱缩、回弹等。因而，开发出了热冲压成形工艺。为了保证热冲压成形后冲压件的品质，需要对影响热冲压件品质的热冲压工艺参数进行分析，基于分析结果对冲压过程进行优化，改善热冲压件的品质。

由于22MnB5硼钢是目前汽车行业应用最为广泛的高强度合金钢，因而以22MnB5硼钢的热冲压过程为例进行分析。首先，在商业化软件ABAQUS中对22MnB5硼钢的热冲压成形过程进行仿真，仿真过程需要考虑模具与板件间的摩擦和润滑作用。由于润滑液的作用，设定模具与板件间的摩擦因数为0.01。之后，对热冲压过程的参数进行分析。分析时，将热冲压件的最终温度和回弹量作为热冲压件品质的评价指标，分别改变热冲压成形时间、模具圆角半径、冲压负荷以及冲头与模具间的间隙，分析参数变化对热冲压件品质的影响。基于分析结果，利用田口方法对热冲压过程进行优化。优化时，首先确定4个设计参数的取值范围；之后通过设计正交矩阵，使用变异数分析方法和方差分析方法对正交矩阵进行分析，从而确定设计参数的最佳取值；最后预测该取值下热冲压件的品质，并通过试验对优化结果进行验证。优化结果显示，在22MnB5硼钢的热冲压工艺设定成形时间为1s、模具圆角半径为5mm、冲压负荷为2～3MPa、冲头与模具间的间隙为2.005mm时，能够获得最高品质的热冲压件。通过与其它相关文献的对比，验证了该优化结果的准确性。

刊名：Proc IMechE Part E:J Process

Mechanical Engineering（英）

刊期：2016年第9期

作者：Abolfazl Khalkhali

编译：陈丁跃