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高强韧车身构件伺服热冲压工艺设计与组织调控机理研究
| 论文题名： | 高强韧车身构件伺服热冲压工艺设计与组织调控机理研究 |
| 关键词： | 汽车车身;硼钢板;伺服热冲压;工艺参数;微观组织;力学性能 |
| 摘要： | 汽车轻量化和安全性是国家重大需求，也是汽车重要的发展方向。高强钢热冲压构件在保证汽车轻量化的同时满足安全性能要求。然而，热冲压时高温变形组织急剧变化，导致成形后构件塑韧性大幅下降，造成强韧性协调困难。将伺服成形与热冲压工艺结合，调控构件微观组织结构，是解决强韧性协同问题的有效途径。基于此，本文提出基于非均匀有理B样条模型和热加工图的伺服工艺设计方法，并通过热力耦合变形条件调控获得超细马贝复相组织，实现构件强韧化协调。主要研究内容如下： （1）对B1500HS硼钢进行高温单向拉伸试验，阐述变形温度与应变速率对其高温变形行为的影响规律；使用Matlab编程建立B1500HS硼钢热加工图，得出安全成形速度和温度区间分别为3.84-67.2mm/s、710-840℃，为后续伺服工艺曲线的设计提供数据支持。 （2）确定伺服工艺曲线设计原则，结合具体伺服热冲压工艺需求，提出基于非均匀有理B样条（Nurbs）数学模型与材料热加工图相结合的伺服热冲压工艺设计方法。建立具有三阶连续光顺和局部可调特性的伺服工艺曲线方程，运用Matlab编程求解控制顶点、权因子和节点矢量，建立滑块时间-位移控制曲线，为伺服热冲压工艺开发提供参考。 （3）以加热温度、保温时间和成形温度为设计因素，进行多指标综合评分的正交试验设计，通过单向拉伸试验、Kahn试验和夏比摆锤冲击试验获得其强度、塑性和韧性指标。采用OM、SEM试验对试样相组成及形貌分布、断口形貌进行表征，揭示微观组织对高强钢热冲压构件强韧性的影响规律。结果表明：加热温度900℃、保温时间1min和成形温度750℃时，构件抗拉强度、断后延伸率、撕裂强度、单位面积裂纹形核功和冲击韧性值相较于常规热冲压分别提升8.42%、57%、5.31%、14.75%和27.87%。此时复相组织中粒状贝氏体（约8%）及块状铁素体（约10%）提升组织韧性；而细小致密的板条马氏体（约82%）及贝氏体中的少量、细小、均匀分布的球状M-A岛提升组织强度。 （4）开展汽车中立柱高强韧伺服热冲压成形仿真，结合高强韧性成形组织要求，获得中立柱强韧化成形工艺参数。与常规非伺服热冲压工艺相比，强韧化伺服成形工艺对中立柱成形性具有明显的促进作用，减薄率、起皱度分别降低9.8%和5.5%，危险点主应力、主应变较小，温度均匀性好。在仿真基础上进行中立柱热冲压试验，试样平均抗拉强度、断后延伸率分别为1438.46MPa与11.73%，验证了伺服工艺曲线设计的合理性与强韧工艺的可靠性。 |
| 作者： | 谢光驹 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 宋燕利 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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