影響汽車零部件熱沖壓成形的因素分析與優(yōu)化

近年來，汽車一直朝向更高的強(qiáng)度、更低的燃油消耗以及更好的安全性方向發(fā)展。這促使眾多汽車制造商開始在汽車零部件制造過程中，采用具有較高比強(qiáng)度的材料，如高強(qiáng)度合金鋼、先進(jìn)高強(qiáng)度合金鋼等。在對高強(qiáng)度合金鋼板件進(jìn)行沖壓成形時，傳統(tǒng)的冷沖壓成形可能會造成其開裂、皺縮、回彈等。因而，開發(fā)出了熱沖壓成形工藝。為了保證熱沖壓成形后沖壓件的品質(zhì)，需要對影響熱沖壓件品質(zhì)的熱沖壓工藝參數(shù)進(jìn)行分析，基于分析結(jié)果對沖壓過程進(jìn)行優(yōu)化，改善熱沖壓件的品質(zhì)。

由于22MnB5硼鋼是目前汽車行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的高強(qiáng)度合金鋼，因而以22MnB5硼鋼的熱沖壓過程為例進(jìn)行分析。首先，在商業(yè)化軟件ABAQUS中對22MnB5硼鋼的熱沖壓成形過程進(jìn)行仿真，仿真過程需要考慮模具與板件間的摩擦和潤滑作用。由于潤滑液的作用，設(shè)定模具與板件間的摩擦因數(shù)為0.01。之后，對熱沖壓過程的參數(shù)進(jìn)行分析。分析時，將熱沖壓件的最終溫度和回彈量作為熱沖壓件品質(zhì)的評價指標(biāo)，分別改變熱沖壓成形時間、模具圓角半徑、沖壓負(fù)荷以及沖頭與模具間的間隙，分析參數(shù)變化對熱沖壓件品質(zhì)的影響。基于分析結(jié)果，利用田口方法對熱沖壓過程進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化時，首先確定4個設(shè)計參數(shù)的取值范圍；之后通過設(shè)計正交矩陣，使用變異數(shù)分析方法和方差分析方法對正交矩陣進(jìn)行分析，從而確定設(shè)計參數(shù)的最佳取值；最后預(yù)測該取值下熱沖壓件的品質(zhì)，并通過試驗對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗證。優(yōu)化結(jié)果顯示，在22MnB5硼鋼的熱沖壓工藝設(shè)定成形時間為1s、模具圓角半徑為5mm、沖壓負(fù)荷為2～3MPa、沖頭與模具間的間隙為2.005mm時，能夠獲得最高品質(zhì)的熱沖壓件。通過與其它相關(guān)文獻(xiàn)的對比，驗證了該優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性。

刊名：Proc IMechE Part E:J Process

Mechanical Engineering（英）

刊期：2016年第9期

作者：Abolfazl Khalkhali

編譯：陳丁躍