08-超高强度钢热冲压成形技术开发及应用

超高强度钢热冲压成形技术开发及应用浙江吉利控股集团有限公司2014年11月2一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术二二二二、、、、轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用三三三三、、、、关键技术及创新点关键技术及创新点关键技术及创新点关键技术及创新点目目目目录录录录233一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制
热成形材料优化开发热成形材料优化开发热成形材料优化开发热成形材料优化开发
热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线高温拉伸高温拉伸高温拉伸高温拉伸高温摩擦系数高温摩擦系数高温摩擦系数高温摩擦系数高温成形极限图高温成形极限图高温成形极限图高温成形极限图（（（（FLDFLDFLDFLD））））
热成形仿真分析热成形仿真分析热成形仿真分析热成形仿真分析4由于传统22MnB5材料存在工艺窗口窄，淬透性不足等缺点，在22MnB5基础上，优化合金成分，开发新型热冲压用22MnMoB材料，材料成分、组织及力学性能如下：CSiMnPSCrMoBTiAlNb0.230.170.950.0100.0020.240.210.00190.0230.030微量4考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制试样编号屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)断后延伸率(%)1-136557026.01-236056527.5热成形材料优化开发热成形材料优化开发热成形材料优化开发热成形材料优化开发一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术55考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究----连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线采用金相法测试了材料连续冷却转变曲线，试验结果显示材料临界冷却速度为15K/s，Ms点为370℃，Mf点为244℃，Ac1点为699℃、Ac3点为800℃。与传统22MnB5材料相比：
降低了材料临界冷却速度；
提高了材料的淬透性；
扩大了热冲压成形淬火工艺窗口。一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术6考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制热冲压成形是高温变形过程，测试材料高温流变性能及数据，对建立材料高温流变模型尤为重要。因此，在600℃~900℃范围内，采用Gleeble试验机，开展不同应变速率下0.01/s—0.4/s材料高温单拉试验，从而建立材料的机械性能参数及本构关系，同时也为热冲压成形仿真分析提供数据支持。热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究----高温拉伸高温拉伸高温拉伸高温拉伸应变速率0.015/s应变速率0.10/s应变速率0.40/s一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术7考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制在高温下，材料与模具之间的摩擦性能与常温下不尽相同，高温摩擦系数的数值对材料成形性能影响很大，材料在热冲压过程中成形潜力有限。采用自主开发的热摩擦系数试验机，测试了材料在600℃~800℃的高温摩擦系数，炉内用氩气保护，最大压力100KN，最大拉伸载荷为20KN，拉速率为10～30mm/s。试验结果显示，材料在高温下的热摩擦系数是常温下的2~3倍，摩擦系数越大，成形过程中材料越容易出现起皱和开裂。热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究----高温摩擦系数高温摩擦系数高温摩擦系数高温摩擦系数室温600℃650℃700℃750℃800℃0.140.380.410.450.500.530.120.360.440.470.490.540.110.330.430.470.480.570.1230.3570.4270.4630.4900.547（测量参数P=5000N，v=10mm/s~20mm/s）一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术8考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究热成形工艺性能研究----高温高温高温高温FLDFLDFLDFLD热冲压成形过程是高温变形过程，研究高温下硼钢板的成形极限，通过胀形试验获得莱钢硼钢板高温成形极限，为新型B钢热冲压成形仿真提供判据。一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术9零部件热成形仿真分析零部件热成形仿真分析零部件热成形仿真分析零部件热成形仿真分析考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制分析模型边界条件：
材料及高温应力应变曲线；
高温FLD数据；
高温摩擦系数；
换热系数；
壳单元/1.8mm；
冲压速度150mm/s;热冲压成形过程是多元热力学的耦合过程，分析过程中充分考虑材料高温摩擦系数、高温FLD、高温流变曲线等重要材料参量，经验证，分析结果与样件试制结果吻合。一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术1010热冲压成形模具设计开发是热冲压成形关键技术，它不同于传统的冷冲压模具，它是冷却系统优化设计、冷却水道加工、计算机仿真分析技术、传热模拟等技术的集成，最终达到成形、冷却、组织性能优良的完美结合，开发流程如下：考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制热成形模具设计热成形模具设计热成形模具设计热成形模具设计一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术11模具模体的冷却水道系统设计，水道布局，模具模体的分块组合模具冷却水道布置设计模型，建立模体温度场计算模型初始模具开发计算了多个冲压工作循环下模具和坯料的温度场，分析热成形模具的冷却系统设计合理性和热成形工艺可靠性结果可接受结果不可接受确定冷却系统设计方案和热成形生产节拍方案，完成热成形模具模体设计11考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制热成形模具水道设计热成形模具水道设计热成形模具水道设计热成形模具水道设计一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术1212设计和制造了前防撞梁热冲压模具，在热冲压生产线上进行了零件试制，测试分析了零件尺寸精度及样件性能。前防撞梁零件填孔后为左右对称件件，材料厚度为1.8mm，材料尺寸为1070*175*80mm，成形过程主要以弯曲成形和浅拉延成形为主，通过各项工艺参数的调整，成功试制出样件。考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制热成形零件试制热成形零件试制热成形零件试制热成形零件试制一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术进行了热成形达到1200Mpa，抗拉强度在1500Mpa以上。零件室温拉伸性能测试，试样在零件本体上取样，试验结果显示零件侧壁位置材料屈服强度材料具有较好的力学性能，符合热成形工艺要求，试制后的零件力学性能良好，能够满足设计要求。13编号编号编号编号12345厚度厚度厚度厚度（（（（mm））））1.761.761.761.841.80厚度减薄率厚度减薄率厚度减薄率厚度减薄率（（（（%））））3.33.33.3-1.11.1厚度值厚度值厚度值厚度值（（（（mm））））1.781.791.781.821.81厚度变化率厚度变化率厚度变化率厚度变化率（（（（%））））2.21.72.4-0.140.44考察调研考察调研考察调研考察调研材料工艺材料工艺材料工艺材料工艺模具设计模具设计模具设计模具设计产线建设产线建设产线建设产线建设样件试制样件试制样件试制样件试制热成形零件性能测试热成形零件性能测试热成形零件性能测试热成形零件性能测试抗拉强度/MPa屈服强度/MPa断后伸长率/%1540121011.0一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术14一一一一、、、、热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术热冲压成形开发技术二二二二、、、、轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用三三三三、、、、关键技术及创新点关键技术及创新点关键技术及创新点关键技术及创新点目目目目录录录录14完成目标车型的开发完成目标车型的开发完成目标车型的开发完成目标车型的开发，，，，在吉利基地实现批量生产在吉利基地实现批量生产在吉利基地实现批量生产在吉利基地实现批量生产①①①①整车及零部件开发情况整车及零部件开发情况整车及零部件开发情况整车及零部件开发情况15某车型公告二二二二、、、、轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用该工厂是吉利该工厂是吉利该工厂是吉利该工厂是吉利SUVSUVSUVSUV车型生产基地车型生产基地车型生产基地车型生产基地，，，，占地占地占地占地15151515万平方米万平方米万平方米万平方米，，，，现有包括冲压现有包括冲压现有包括冲压现有包括冲压、、、、焊装焊装焊装焊装、、、、涂装以及总涂装以及总涂装以及总涂装以及总装四大工艺车间装四大工艺车间装四大工艺车间装四大工艺车间，，，，年产能为年产能为年产能为年产能为10101010万辆万辆万辆万辆。。。。16①①①①整车及零部件开发情况整车及零部件开发情况整车及零部件开发情况整车及零部件开发情况二二二二、、、、轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用②②②②轻量化技术集成应用情况轻量化技术集成应用情况轻量化技术集成应用情况轻量化技术集成应用情况轻量化轻量化轻量化轻量化技术集成应用技术集成应用技术集成应用技术集成应用轻量化材料应用⑷高/超高强度钢板应用⑸铝/镁轻质合金应用⑹塑料复合材料应用轻量化结构优化设计⑺零件结构优化设计⑻参数化轻量化设计⑼板厚灵敏度技术应用轻量化工艺应用⑴热冲压成形技术应用⑵内高压成形技术应用⑶激光拼焊技术应用17二二二二、、、、轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用轻量化技术集成应用⑴热冲压成形技术应用18通过对热冲压成形技术的研发，吉利汽车形成了热成形材料、设计、工艺、性能、应用技术方面完整的技术能力。同时向长安汽车和奇瑞汽车转移了热成形开发相关