熱成形工藝在汽車輕量化中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)、交通安全和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，節(jié)能、安全、環(huán)保已成為21世紀(jì)世界汽車工業(yè)發(fā)展的三大趨勢(shì)。汽車輕量化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的有效途徑之一。優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和采用輕量化材料是汽車輕量化的兩大有效途徑。其中，輕量化材料包括新型輕質(zhì)材料和(超)高強(qiáng)度鋼材料。一方面，新型輕質(zhì)材料，如鋁合金、鈦合金碳纖維等的不斷涌現(xiàn)，為輕量化技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間；另一方面，熱成形工藝的出現(xiàn)，使得抗拉強(qiáng)度在1500Mpa以上的超高強(qiáng)度鋼材料在車身上

2、的應(yīng)用越來越廣泛。
　　本文主要內(nèi)容包括以下幾方面：
　　(1)論述了熱成形模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求，并基于傳熱學(xué)原理計(jì)算了冷卻管段直徑與冷卻管道根數(shù)之間應(yīng)滿足的關(guān)系式；基于材料的彈塑性，建立了冷卻管道間距應(yīng)滿足的力學(xué)關(guān)系式；并將冷卻管道模具的力學(xué)模型簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，根據(jù)彎曲強(qiáng)度校核條件，建立了冷卻管道與承載型面間距應(yīng)滿足的公式。最后基于上述關(guān)系式，設(shè)計(jì)了“中氣”轎車車門防撞梁熱成形模具。
　　(2)基于LS DYNA

3、軟件，創(chuàng)新性地將體積流法應(yīng)用到冷卻系統(tǒng)建模中，建立了熱成形板料、模具及冷卻水流之間的熱力耦合模型。在此基礎(chǔ)上取車門防撞梁中間一段“U”型樣件，對(duì)其成形和淬火過程進(jìn)行熱力耦合數(shù)值模擬，得出了冷卻水流速、冷卻管道直徑、板料初始溫度、模具溫度及沖壓速度等工藝參數(shù)對(duì)熱成形工藝的影響規(guī)律；根據(jù)成形終了和保壓淬火終了時(shí)刻板料應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布，優(yōu)化模具冷卻系統(tǒng)布局及熱成形工藝參數(shù)。最后論述了板料初始溫度、模具溫度變化及不同沖壓速度對(duì)熱成形工藝的影

4、響。
　　(3)參考車門防撞梁國內(nèi)外法規(guī)，對(duì)普通高強(qiáng)鋼冷成形車門防撞梁和熱成形車門防撞梁進(jìn)行了靜態(tài)承載性能和動(dòng)態(tài)抗沖擊吸能性能的對(duì)比研究。研究表明，熱成形防撞梁具有優(yōu)異的靜態(tài)承載性能和動(dòng)態(tài)抗沖擊吸能性能，因此，采用熱成形工藝不僅可以提高汽車安全性能，還能有效減輕車身重量，實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化。
　　本文以“中氣”轎車前門防撞梁為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了熱成形專用模具，運(yùn)用上述體積流法實(shí)現(xiàn)了板料、模具和冷卻水流間的熱力耦合模擬，并開發(fā)熱成