2022年钱晓飞开题分析方案 .pdf

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1、1 / 11 南京工程学院毕业设计开题报告课 题 名 称：热成型马氏体钢板零件的热处理工艺探索和组织分析学 生 姓 名：钱晓飞指 导 教 师： 赵秀明所 在 学 院：康尼学院专 业 名 称：材料科学与工程南京工程学院2018 年 3 月 16日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页2 / 11 学士学位毕业设计 (论文 开题报告学生姓名钱晓飞学 号240080717 专 业材料科学与工程指导教师姓名赵秀明职 称教授所在学院康尼学院课题来源B 课题性质B 课题名称热成型马氏体钢板零件的热处理工艺探索和组织分析毕 业设计的

2、内容和意义1.主要内容 (1 查阅中英文资料，完成原始资料整理、外文翻译，完成开题报告 对采用热成型马氏体钢板的汽车门框加强板零件典型部位的显微组织进行分析研究。(3 对上述零件典型部位的显微硬度、拉伸性能进行实验分析。(4 分析实物零件热成型后在模腔中的冷却对组织转变的影响，对其在不同冷却条件的组织转变进行实验研究2.意义(1 经过大学四年的学习，我对材料科学与工程专业有了较全面的理解。感谢老师辛勤的教导和热心的帮助顺利通过了全部的课程，基础课及专业课都取得不错的成绩。毕业设计是培养我们综合运用所学的基础理论和专业知识的能力，提高我们分析解决实际问题的能力，从而获得参加工作或研究的初步能力，

3、是一次理论与实践相结合的系统训练。 热成型马氏体钢板是一种超高强度钢板，应用于汽车门框加强板既达到设计要求又减轻了汽车的重量。但是热成型马氏体钢板还有诸多问题，由于采用的是模具冷却淬火，淬火组织不均匀影响使用性能。可见对其组织分析是很有必要的，具有很重要的现实意义。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页3 / 11 文献综述1 前言在 20 世纪 70 年代末石油危机时期改变驱动结构和整车尺寸后，汽车工业界对于汽车轻量化有着日益紧迫的要求。车身轻量化发展主要有两个方向，一是优化汽车框架和结构，即利用有限元法和优化设计方

4、法进行结构分析和结构优化设计，以减少车身骨架、发动机和车身钢板的质量；一是在车身制造上采用高强度低密度材料 , 如高强度和超高强度钢板1。在目前看来,车用高强度和超高强度钢板以其轻质、高强度的特点在汽车业中应用越来越受关注，并已成为满足汽车减重和增加碰撞性能和安全性能的重要途径。但是，众所周知，超高强度钢在室温下变形能力很差。一方面，超高强度钢板强度高，在室温下塑性变形范围很窄，所需的冲压力大，而且容易开裂；另一方面，冲压成形后零件的回弹增加，导致零件尺寸和形状稳定性变差。因此传统的冷冲压方法难以解决超高强度钢板在汽车车身制造中遇到的问题。超高强度钢板的热冲压成形技术是能够解决上述问题的一种新

5、型的成形技术2。近年来，世界各国汽车业投入大量的精力来开展超高强度钢板开发及热冲压成形技术的研究，并且在欧美、日本以及国内的主要汽车制造企业已开始尝试使用采用热冲压成形技术生产的超高强度钢板构件，如车门防撞杆、保险杠加强梁、A、B、C 柱、门框加强梁等。德国蒂森克虏伯公司、美国本特朗特公司、法国阿塞洛公司也可提供超高强度的热冲压部件。然而，由于技术保密等原因，有关热冲压成形的关键技术及应用问题的文献极为少见，影响了其在工程上的广泛应用。2 热冲压成型加工工艺2.1 理论基础与传统的冷成型工艺相比热成型工艺的特点是在板料上存在一个不断变化的温度场。在温度场的影响下板料的基体组织和力学性能发生变化

6、导致板料的应力场也发生变化同时板料的应力场变化又反作用于温度场所以热成型工艺就是板料内部温度场与应力场共存且相互耦合的变化过程(见图 1 这就要求热成型用钢板的成分要适应热成型过程中的热循环。2.2 加工工艺热成型工艺过程为：首先将常温下强度为500精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 11 页4 / 11 600 MPa 的硼合金钢板加热到880 950使之均匀奥氏体化，然后送入内部带有冷却系统的模具内冲压成型，最后快速冷却。将奥氏体转变为马氏体使冲压件得到硬化。大幅度提高强度。这个过程被称为“冲压硬化”技术【3。实际生产中

7、，热冲压工艺又分为直接工艺和间接工艺如图2 所示 直接工艺即下料后直接将钢板加热然后冲压成型主要用于形状简单且变形程度较小的工件：对于形状复杂或拉深深度较大的工件则需要采用间接工艺(图 2b即先将下好料的钢板进行预成型然后再加热实施热冲压( 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页5 / 11 文献综述2.2 加工工艺热成型工艺过程为：首先将常温下强度为500600 MPa 的硼合金钢板加热到880 950，使之均匀奥氏体化，然后送入内部带有冷却系统的模具内冲压成型，最后快速冷却。将奥氏体转变为马氏体使冲压件得到硬化。大

8、幅度提高强度。这个过程被称为“冲压硬化”技术3。实际生产中，热冲压工艺又分为直接工艺和间接工艺如 (图 2a所示直接工艺即下料后直接将钢板加热然后冲压成型主要用于形状简单且变形程度较小的工件：对于形状复杂或拉深深度较大的工件则需要采用间接工艺 (图 2b即先将下好料的钢板进行预成型然后再加热实施热冲压。3 热冲压成型研究现状3.1 国外研究现状国外许多学者对高强度热成型用钢-硼钢做了大量的研究4。美国的B.Shapiro 针对 2008年国际板料成型数值模拟会议(NUMSHEET 的 Benchmark BM03标准考题。使用LSDYNA 对 22MnB5 钢进行车身B 柱的热成型数值仿真分析

9、。提供了热成型数值仿真中的关键技术参数。包括材料模型的选用、热力机械性能参数、一定应变速率下的应力应变曲线等，并且分别选用MAT 一 106 与 MA T 一 244材料模型进行研究，最后还提供了详细的仿真过程及计算结果与分析。德国的 David Lorenz5及瑞典的GBergman 与 Moldenburg 采用 LSDYNA显式积分计算对高强度钢板进行热冲压成型及淬火冷却仿真分析。出使用TSHELL(Thermal Shell Element单元建立有限元模型。过不同时间步长的热力机械耦合分析实现了单元在平面及厚度方向上的热接触传导。通过实验验证了TSHELL 单元建模的有效性。精选学习

10、资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页6 / 11 文献综述瑞典的 Paul Akerstrom 以实验为基础对硼钢成型过程的数值模拟方法进行了研究 ，出了一种建立高强度钢热成型仿真模型的方法。确地预测了板料的变形和力学响应性能其研究成果表明，准确、可靠的材料模型是提高高强度钢热成型数值模拟精度的关键。3.2 国内研究现状目前，国热成型工艺研究与应用仍处于起步阶段。济大学林建平教授6以阿赛洛公司的一种典型淬火硬化超高强度硼钢板USiborl500 为研究对象。出了针对该材料的热冲压成型工艺流程。并对主要工艺参数的选择与优化作了

11、理论阐述；通过有限元数值模拟仿真软件LS DYNA 对高强度钢板的热成型工艺进行分析。述了板料在成型过程中温度场及应力场的分布与变化特点。且研制了用嵌入式凹模设计、封闭式冷却水槽的高强度钢板热成型专用模具。后成功地加工出了一批淬火硬化超高强度硼钢板U 型制件。经过对制件尺寸精度的检测及基体组织的金相观测。实了高强度钢板热成型工艺的本质与特点及其可行性与可靠性。北京航天航空大学的李杨7以某型号钛合金唇口零件为例。用DYNA FORM软件进行成型仿真。其研究方法是：忽略复杂零件模具的热胀影响；温条件下进行成型不考虑热交换。过对仿真结果的分析。到的热冲压唇口零件达到了工艺要求。武汉理工大学的徐劲力等

12、8利用 LSDYNA 软件对钢板弹簧热成型工艺进行模拟分析。析结果表明。拟计算结果与钢板弹簧热压成型时的实际况基本吻合。4 热冲压成型技术关键问题目前， 超高强度钢板热冲压成型术虽然进行了研究，取得了一定的成果，但对其关键问题的研究还不够系统和深入，从而限制了热冲压成型技术在工程中的广泛应用， 主要体现在以下几个方面9：1）应考虑材料成型温度、降温速率及相变为的本构关系描述。材料的本构关系是表征材料力学性质的数学关系式，准确的流变行为描述是影响计算机仿真精度的首要条件，对于丰富板料成形理论有重要的意义。在材料本构关系研究中，热冲压过程耦合了传热和力学性能。在一定板料升温速度和降温速度下进行高温

13、拉伸实验， 根据应力应变曲线可进行本构描述，但考虑到成形过程中不同板料降温速度的会使构成各相的体积比不同，应力-应变曲线也不同，因此可通过改变实验条件，获得考虑降温速率及相变行为等的材料本构关系。2）应考虑成形温度、降温速率和相变形为的热冲压成型限。在以弯曲为主的成形情况下，热冲压非常有利，不会发生冷加工成形时的问题，即弹性变形回复，但在对复杂部件进行成形时，需要进行凸肚、深冲和凸缘等成形加工，必须弄清它精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页7 / 11 们在精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总

14、结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页8 / 11 高温下的成形极限。变形阻抗不仅与温度有关，而且冲头接触部分温度的下降和氧化铁皮的润滑效果会产生复合影响。因此通过改进常温成形极限实验装置，考虑成形温度、降温速度及材料相变行为等，建立热冲压成形极限涵有必要。3）对热冲压零件的质量控制。热冲压零件最终质量既受宏观工艺条件影响，又由材料微观组织变化决定。一方面冲压过程中零件的温度不均匀性直接导致最终零件性能的不均匀性；一方面控制冲压作业线的节拍与零件的最终性能呈对立关系。如果在冲压零件没有充分冷却时就从金属模取出，制品的硬度和形状精度会下降。因此针对不同零件，在进行模具结构及其冷却

15、系统设计，改进冷却沟槽的布置，提高模具的冷却速度的同时，保障零件均匀降温，是热冲压零件质量控制的可行之举。尚存在的问题及本课题要做的工作参考文献：1 鲁春艳汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径J 轻型汽车技术，20076）： 22-25. 2 王洪俊，范海雁轿车车身零件制造中的热成形技术J模具制造， 2005：2729. 4 Dr.Tpbias olsson. An LS-DYNA Material Model for Simulations of Hot Stamping Processes of Ultra High Strength Steel. 7th European LS-DYNA

16、 conference in 2009. 5 shapiro B. Using LS-DYNA for Hot Stamping.7th European LS-DYNA conference in 2009. 6 王立影，林建平，朱巧红。热冲压成型模具冷却系统临界水流速度研究。机械设计， 2008，425）： 1517. 7 李杨 . DYNAFORM 数值模拟技术在钛合金热成型中的应用研究.军民两用技术与产品， 200712）： 3536. 8 徐劲力，谭海燕.汽车钢板弹簧热成型有限元模拟.热加工工艺，2008，3719）：7780. 9 林建平，王立影.超高强度钢板热冲压成形研究与进展.

17、金属锻焊技术，2008，23热成型马氏体钢板的汽车门框加强板零件是在模具中淬火，模具的冷却速度不同，组织就会有一定的不同。对零件的多个典型部位做性能测试再进行比较，是否达到设计要求。如果较多部位达不到要求，则需研究淬火工艺。在850， 900， 950三个温度做不同冷却淬火处理，然后比较零件性能。2课题研究的主要内容(第二步,为解决关键问题要做什么研究1）观察汽车门框加强板零件，选取典型部位 2）确定标准拉伸试样尺寸，切割样品 3）进行拉伸实验记录数据 4）对样品做显微硬度测试记录数据 5）对样品镶嵌并观察组织 6）对样品做淬火对比实验，850， 900， 950三种冷却速度，九组实验 7）对

18、九组试样进行性能分析 目前，超高强度钢板热冲压成型术虽然进行了研究，取得了一定的成果，但对其关键问题的研究还不够系统和深入，从而限制了热冲压成型技术在工程中的广泛应用。本课题的研究将为模具的设计提供改进意见。4预期成果开题报告、文献综述及其相应的电子文档；英文资料原文、翻译及译文电子档；实验过程记录的原始数据；毕业论文及其相应的电子文档。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页11 / 11 研究计划第 1 周毕业设计动员，任务安排，资料的查阅第 2 周中英文资料的查阅、整理第 3 周中英文资料的查阅、整理，完成开题报

19、告第 4 周开题，实验前期准备工作第 56 周采用固相反应法进行氧化锌材料制备实验第 7 周氧化锌材料性能检测，数据整理第 89 周氧化锌材料制备实验第 10 周氧化锌材料性能检测，数据整理第 11 13 周补充实验及数据整理第 14 15 周毕业论文撰写第 16 周答辩特色与创新热成型冲压技术是一种新型实用性技术，其成型的钢板具有的高减重潜力、高碰撞吸收能、高疲劳强度、高成型性及低平面各向异性等优势，已经成为汽车工业轻量化的主要材料。21 世纪的汽车行业以降低燃料消耗、减 CO2和废气排放成为社会的主要需求，为适应这种发展趋势，钢铁业已开发出许多种类的高强度钢板来帮助减轻汽车质量，同时提高汽车的安全性。这种为兼顾轻量化与碰撞安全性而生的技术将成为今后研究的热门。指导教师意 见指导教师签名：年月 日教研室意 见主任签名：年 月 日学院意见教案院长签名：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页