沖壓成形的案例
汽車沖壓件的熱沖壓成形與冷沖壓成形的區別
沖壓件的成形有冷沖壓成形技術，還有熱沖壓成形技術。那么沖壓件的冷沖壓成形與熱沖壓成形有什么不同呢？沖壓件廠家--滄州惠豐汽車配件有限公司來為你介紹過。
熱沖壓成形是汽車沖壓件制造領域內的較為選進的技術，是國際上近幾年來出現的一項專門用于成形超高強度鋼板沖壓件的先進制造技術。熱沖壓成形中所使用的鋼板是一種特殊的硼合金鋼板，這種鋼板不同于傳統的冷成形超高強度鋼。
現在應用比較廣泛的雙相鋼、復相鋼等冷成形高強度鋼板一般是在常溫下通過冷沖壓的方法成形，成形前后零件的顯微組織和機械強度基本不發生改變；而熱沖壓成形中所使用的鋼板在常溫下強度不很高，抗拉強度僅有400-600MPA，具有良好的塑性與可成形性。它是通過熱沖壓成形工藝進行成形和淬火后，零件的顯微組織由原來的鐵素體和珠光體轉變成均勻的馬氏體，抗拉強度可以達到1500MPA以上，硬度可以達到50HRC，而且基本沒有回彈，具有很高的尺寸精度。
熱沖壓成形在鋼板中添加了硼，其目的在于提高鋼板的淬火性能，使用板料的組織轉變順利進行。此外，為了提高材料的強度以及其它力學性能，還添加了Ti、Cr、Mo、Cu、Ni等多種合金微量元素。
展開 什么是熱沖壓成形技術
熱沖壓成形一般是將鋼板首先加熱到900℃左右的奧氏體后進行沖壓，而后通過對沖壓模具快速注水實現零件的冷卻，通過這種熱循環和冷卻過程，鋼板的強度可以大大提高，抗拉強度由交貨狀態下的約500MPA提高到熱沖壓成形后的約1500MPa。根據工序過程的不同，熱沖壓成形可分為直接熱沖壓成形和間接熱沖壓成形兩種工藝。
（1）直接熱沖壓成形技術
熱成形鋼板下料后，不經過預成形，直接加熱到奧氏體化溫度，然后放入模具中快速成形，一旦沖壓形狀到達預定值，零件立即被淬火硬化，見圖1。該工藝主要用于形狀較簡單且變形程度不大的工件，由于直接成形工藝成本較低，使用也最為廣泛。
圖1 直接熱沖壓成形工藝示意圖
（2）間接熱沖壓成形技術
熱成形鋼板首先在常規冷成形模具中成形到最終形狀的90%～95%，然后將預成形的零件加熱奧氏體化后熱沖壓成形和淬火硬化，工藝過程見圖2。對于一些形狀復雜或者拉延深度較大的零件，間接熱沖壓成形可以避免成形開裂，零件的預成形可以減小材料與模具之間的相對位移，從而減小模具表面在高溫下的磨損。采用鍍鋅涂層熱成形鋼的零件一般必須使用間接熱沖壓成形工藝。
圖2 間接熱沖壓成形工藝示意圖
無論是直接熱沖壓成形和間接熱沖壓成形，典型工藝過程一般都包括以下幾個工序過程：開卷落料、零件加熱、沖壓成形、淬火、激光切割、噴丸和涂油等。
a.開卷落料
現代沖壓工藝為了提高材料的利用率和生產的效率，一般會采用開卷落料的方式。
b.熱沖壓成形零件的加熱
目前主要的加熱類型包括輻射加熱、感應加熱和電傳導加熱三種。
c.熱沖壓成形
熱沖壓成形最大的特點是沖壓過程是在高溫狀態下完成的，且熱沖壓時板料的溫度必須在馬氏體轉變溫度以上。
目前熱沖壓工藝的發展方向是如何提高熱沖壓成形的生產效率，縮短成形周期。
展開 何謂五金沖壓材料的沖壓成形性能？影響它的因素是什么？
五金沖壓板料沖壓成形性能的好壞關系著生產出來的沖壓件成型質量，在選用板料進行加工生產時，應確保板料具有好的沖壓成形性能。
鈦與鈦合金沖壓成形研究進展及應用現狀
因此，亞穩定β型鈦合金在退火或固溶狀態具有非常好的工藝塑性和冷成形性。這類合金主要包括TB2、TB3、TB5和TB8等，它們通常具有優良的冷軋和冷成形性，可在室溫下成形中等復雜的鈑金零件，并可冷鐓鉚釘和螺栓。
綜上所述，α型鈦合金可以通過孿晶協調變形，亞穩定β型鈦合金β相屬于體心立方結構，可開動的滑移系較多，它們是良好的沖壓成形材料。
影響鈦與鈦合金沖壓成形的因素
影響鈦與鈦合金沖壓成形的因素，除了沖壓材料本身微觀晶體結構外，還包括材料的宏觀力學性能、成形模具和沖壓成形工藝參數等。
鈦與鈦合金力學性能的影響
影響鈦與鈦合金沖壓成形的力學性能主要包括材料的屈強比（Rp/Rm）、延伸率（A）和杯突指數（IE）等，具體力學性能如表1所示。
沖壓成形模具的影響
由于鈦與鈦合金的彈性模量小，彎曲能力較差，因此，成形模具凸模和凹模的圓角半徑對鈦與鈦合金材料的沖壓成形有很大影響。通常凸模圓角半徑≥(4～8)t（t為板材厚度）或者更大，才能避免沖壓過程中材料開裂現象。增大凹模圓角半徑有利于材料的沖壓成形，但不能過大，過大會造成沖壓材料較早脫離壓邊圈，導致起皺現象提前發生，但凹模圓角半徑也不能過小，過小會造成拉裂現象。此外，凸、凹模間隙對沖壓力、工具磨損、切口表面質量以及零件精度會產生很大影響，所以必須合理設置凸、凹模間隙，凸、凹模間隙通常按以下公式進行計算：Z=(0.03～0.05)t，其中t為板材厚度（mm），由于鈦與鈦合金的回彈大，為了減小回彈，一般凸、凹模間隙值取下限值。
表1 影響鈦與鈦合金沖壓成形的主要力學性能
沖壓成形工藝參數的影響
壓邊間隙、壓邊力、沖壓速率和沖壓溫度對鈦與鈦合金材料沖壓成形也有很大的影響。
展開 
熱沖壓成形模具設計要點
熱沖壓成形量產模具設計流程如圖5所示，采用autoform、pam stamp2G等軟件進行對熱沖壓成形過程進行快速成形模擬和冷卻過程模擬，利用熱沖壓成形鋼板的高溫流變曲線、高溫摩擦系數、FLD等參量進行成形模擬，采用Fluent、Ansys等軟件進行模具冷卻效果模擬，保證熱成形模具長期工作熱平衡性。這一過程實際是熱力學、機械學耦合模擬。將模擬結果作為模具設計方案確定的重要依據。
圖5 熱沖壓成形量產模具設計流程
熱沖壓成形模具型面設計要點如下：
（1） 模具型面主要卻決于產品數據，并根據客戶對零件的技術要求，制定合適的模具加工精度和公差，并應考慮熱脹冷縮及回彈的影響，對模具型面采取合適補償方案；同時熱沖壓鋼板高溫時摩擦系數大，高溫成形時易于開裂，因此，熱沖壓模具型面通常不設計拉深筋，對于復雜成形零件，增加壓料裝置用于控制板料合理流動，保證熱沖壓成形性能。
（2）翻邊孔變形特征的轉變設計。
（3）對于后續激光切割時難于定位的零件，應適當增加工藝凸臺。
熱沖壓成形實際上鋼板在熱沖壓成形模具中成形和淬火的過程，熱沖壓零件的組織、性能和尺寸精度能否穩定地滿足要求均與在模具中成形和淬火密切相關，熱沖壓成形模具應具備良好的沖壓成形、淬火、長期穩定的能力。熱沖壓成形模具是熱沖壓成形工藝的核心技術。同時，熱沖壓成形模具工作溫度在800℃左右至室溫之間，工作溫度高，并需要承受冷熱的急劇變化。
展開 《車身覆蓋件沖壓成形仿真》
【目錄】
序
前言
主要符號表
第1章 緒論
1.1 板料成形仿真技術的發展
1.2 板料成形有限元仿真軟件的分類
1.3 板料成形有限元仿真技術在車身覆蓋件沖壓成形中的應用
1.4 板料成形有限元仿真面臨的主要問題
參考文獻
第2章 沖壓成形有限元仿真理論
2.1 概述
2.2 基于變分原理和虛位移原理的非線性有限單元列式
2.3 幾何非線性分析中應變和應力描述
2.4 非線性彈塑性材料的本構關系
2.5 板殼成形單元模型
2.6 有限元控制方程的求解
2.7 沖壓成形有限元分析中接觸問題的處理
參考文獻
第3章 沖壓成形三維仿真分析系統
3.1 沖壓成形CAE系統概況
3.2 三維仿真分析系統的體系結構
3.3 仿真分析模型的建立
3.4 仿真分析中的關鍵問題
3.5 仿真結果的處理
參考文獻
第4章 車身覆蓋件沖壓成形試驗研究
4.1 車射覆蓋件板料成形性能試驗研究
4.2 汽車板成形性能指數
4.3 覆蓋件成形中的試驗分析方法
4.4 汽車板成形性能試驗方法與評定
4.5 沖壓成形中的摩控的試驗評定
4.6 實驗分析方法在覆蓋件沖壓成形質量控制中心的應用實例
參考文獻
第5章 拉深筋優化設計方法研究
5.1 拉深筋概述
5.2 拉深筋的力學模型
5.3 拉深筋優化設計
5.4 拉深筋優化設計實例
參考文獻
第6章 基于壓邊力控制的板料成形分析
6.1 變壓邊力壓力機和壓邊圈結構
6.2 壓邊力對成形性能的影響
……
第7章 基于反向模擬的毛坯外形設計
第8章 沖壓仿真中的回彈分析
第9章 沖壓成形仿真的工程應用
展開 汽車B柱內板熱沖壓成形工藝優化的模擬分析
摘 要：針對某品牌汽車B柱內板的成形工藝問題，研究了零件22MnB5高強度鋼的熱沖壓成形參數對成形質量的影響，以最大減薄率、最大增厚率和最大回彈量為評價目標，通過正交實驗和極差分析，獲得零件熱沖壓成形的最優工藝參數，并完成最優工藝參數的成形仿真和回彈分析，仿真結果表明零件的厚度分布均勻，零件最大減薄率為10.1%,最大增厚率為7.1%,零件的回彈量小，最大回彈量為0.714 mm,該零件成形質量符合設計要求，表明了該零件熱沖壓成形優化方案的可行性。
關鍵詞：B柱內板;熱沖壓;工藝參數;
目前，中國汽車工業飛速發展，汽車保有量逐年上升，同時也面臨能源、環保等問題，如何開發節能環保的“綠色汽車”受到各汽車廠商的重視[1]。實現“綠色汽車”的主要方法為應用新能源、優化引擎性能和汽車輕量化等，其中汽車輕量化是較為有效的方法。據相關研究表明，汽車質量減少100 kg, 百公里可節省0.5 L燃油[2,3]。汽車輕量化的方法主要為材料優化和結構優化兩種，材料優化是使用高性能或輕質材料替代普通材料，例如使用高強鋼或鋁合金材料替代普通鋼鐵材料達到車身減重的目的；結構優化是通用對零件的內部結構進行改進和優化達到減少材料用量[4,5,6]。汽車B柱內板屬于鈑金件，很難通過結構優化實現輕量化，采用材料優化是比較合理的方法。高強鋼具有安全性高、成本低廉等優點，是汽車輕量化用材應用最廣泛的材料，但在冷沖壓成形中易出現開裂和回彈問題，為了解決這些問題，可采用熱沖壓成形技術[7,8]。在熱沖壓成形中板料初始溫度、模具初始溫度、壓邊力和沖壓速度等工藝參數對零件成形質量有較大影響[9,10],因此，對熱沖壓成形工藝參數優化具有十分重要的意義。
展開 『轉貼』在設計、制造鈑金沖壓成形零件中采用虛擬沖壓－－板料成形模擬技術
這些表明該原型系統已基本能夠模擬類似車門的中等復雜程度汽車覆蓋件和其它沖壓成形件的沖壓成形過程。但從總體上來說，我們還只是做了有限的工作。不僅系統功能有待進一步擴充完善，要實現產品化，更有大量的工作要做。
上述工作詳見演示。
3、我國采用板料成形模擬技術的途徑
如上指出，引進國外成形模擬商品軟件存在缺乏培訓與售后服務外，還存在要價高昂的問題。據了解一套軟件要價都在10
-20萬美元。花了這么多外匯買了，還往往用不起來。對一般用戶來說，引進的國外成形模擬軟件資料難以掌握。軟件在某些方面并不適合我國國情。中國這樣的泱泱大國，少量引進國外軟件是必要的，但不能依賴引進，受制于人。
國內有識之士中國科協主席周光召最近指出，光靠引進與模仿沒有出路，要培養人才群體的創新能力。國內企業呼喚、期盼具有自主版權的國產成形模擬軟件早日推出。這些都激勵我們在學習借鑒引進軟件基礎上自行開發我國自己的成形模擬軟件。經過近三年的研究積累，我們自信有能力開發適合我國國情的軟件。在吸收國內外理論成果和先進技術的基礎上，走我國自己的創新之路，滾動開發，我們完全能夠推陳出新，不斷提高我國產軟件的水平和市場競爭力。關鍵在于組織和必要的投入。我們應該集中優勢的人力、資金與設備，組織具有優勢的高校、大型企業與科研單位聯合攻關。時不待人，我們不能象CAD/CAM那樣，到國外軟件已搶占了我國市場再引起重視，那就很被動。要特別抓緊時間，盡快研制開發出國產成形模擬軟件。以滿足我國汽車和其它行業鈑金件沖壓成形模具國產化和提高市場競爭力的迫切需要。
對該技術有大量需求又急需的國內大型企業不妨少量引進成形模擬軟件，要盡量發揮引進資源的潛力，使之真正見到實效。
展開 車身覆蓋件沖壓成形仿真
車身覆蓋件沖壓成形仿真
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變摩擦系數下的鋁合金板材沖壓成形無網格法數值模擬
在沖壓成形過程中，板材受力狀態復雜，需要使用如Gissmo、MMC等考慮材料受力狀態對臨界失效應變值的影響，及非線性應變路徑成形的失效模型，才能較為準確的預測出鋁合金板材在沖壓成形過程中的裂紋區域。
將數值模擬及試驗樣件起皺區域進行對比（圖12），從圖中可知，沖壓成形后，鋁合金板材汽車引擎蓋內板沖壓件在邊角部相同區域呈現明顯的波紋狀，均發生起皺。數值模擬結果與試驗結果吻合度較高，說明本研究得到的鋁合金板材變摩擦系數具有良好的適用性，能很好的用于預測鋁合金板材沖壓成形性能。
圖12 試驗與數值模擬起皺結果對比圖
結束語
汽車用鋁合金板材在沖壓成形過程中，成形件結構復雜，鋁合金板材變形較大，在不同部位成形速度及接觸壓力不同，與模具間的摩擦系數不斷變化，傳統的定摩擦邊界條件與實際情況不符。本研究中，基于試驗測試得到了汽車用鋁合金板材的準靜態、動態力學性能及成形變摩擦系數，考慮鋁合金板材的各向異性選取計算精度更高的EFG法對鋁合金板材汽車引擎蓋內板沖壓成形過程進行了模擬，并開發出沖壓模具，進行了實際沖壓試驗。對比分析數值模擬及實際沖壓結果發現，鋁合金板材汽車引擎蓋內板沖壓件在主要成形區域成形性能較好，在邊角部相同區域出現波紋狀起皺，兩者吻合度較高，表明本文研究得到的鋁合金板材準靜態、動態力學性能及變摩擦系數是準確的，采用變摩擦系數及無網格法計算的仿真結果能較為準確的預測鋁合金板材的沖壓成形性能。
展開 熱沖壓成形的熱點分析
近年來，隨著熱沖壓成形技術的發展、擴大應用和汽車行業對熱沖壓成形應用的零件性能要求的多樣化以及中國大量引進國外的熱沖壓成形生產線，熱成形產生了一系列的焦點和熱點，現從以下幾個方面對焦點和熱點進行分析。
關于熱沖壓零件的強度問題
目前廣泛應用的22MnB5鋼其抗拉強度一般按1500MPa計算，屈服強度按1200MPa計算，近年來，結合輕量化的需求，有企業開發抗拉強度為1800MPa和2000MPa的熱成形鋼。按照零件厚度的拇指法則，來確定零件的厚度和強度之間的關系：t2/t1=1-(σ1/σ2）n ，式中零件的厚度t2、t1與材料的強度σ1、σ2相對應。
門的防撞桿、前后防撞梁、門B柱等構件基本上承受彎曲應力，強度的提升有可能減薄零件，即輕量化，但是厚度較薄意味著零件剛度的下降，這兩者之間需要一個合理的平衡。汽車零件的厚度與剛度密切相關，剛度影響零件的振動、噪聲、撞擊吸能，因此熱沖壓成形零件的強度1500MPa是否已經到極限值?是否還需要開發1800MPa的材料?并做進一步減薄?除了考慮零件剛度之外，進一步減薄還將影響到熱沖壓時零件的工藝性能，零件越薄，出爐后工件在空氣中的溫度下降越快，為保證在熱沖壓零件時發生馬氏體轉變，必須加快零件的傳輸速度，以保證熱成形時零件的溫度，并使其能夠在成形后保持淬火所需要的溫度。另外，強度越高，鋼中碳含量越高；馬氏體的脆性與鋼中碳含量有密切關系，因此在強度提高時還必須考慮熱沖壓成形零件強韌性的匹配。在強度越高時，零件的延遲斷裂抗力和氫脆的能力也會下降，目前已有熱成形零件發生延遲斷裂，因此這一因素也是在強度提高時應該考慮的因素。強度的提升，碳含量的提高，還會影響熱成形零件的可焊性，已經發現超高強度鋼和熱沖壓成形零件在沖擊時發生焊點不正常的失效模式，影響了焊點的吸能和高強度鋼零件的性能發揮。
展開 
超高強鋼汽車構件熱沖壓成形技術與裝備
超高強鋼熱沖壓構件的應用能夠在減輕汽車整車重量的同時，保證車身強度及安全性，是實現汽車輕量化的重要途徑。本文主要介紹作者所在的研究團隊圍繞超高強鋼汽車構件熱沖壓成形技術及裝備所做的部分研究工作。
汽車輕量化是汽車重要的發展方向，也是國家重大科技需求。燃油車整車重量每降低10%，燃油效率提升6%～8%，排放下降4%；純電動車、混合動力車等新能源汽車對重量更加敏感，整車每減重10%，續航里程增加10%～15%。
高強度輕量化材料在汽車上的應用能有效地推進輕量化進程。《中國制造2025》提出要提升輕量化材料等核心技術的工程化和產業化能力，同時推動自主品牌節能與新能源汽車同國際先進水平接軌。然而隨著鋼板強度的提升，傳統冷沖壓成形中往往存在開裂、回彈、起皺等缺陷，同時成形力明顯增加又對壓力機和模具壽命提出更高的要求。為解決這些問題，一種能夠降低成形力和成形難度，且成形后所得構件兼具超高強度和高精度的先進材料加工技術——熱沖壓技術應運而生。時至今日，熱沖壓成形技術已廣泛用于汽車車身及底盤結構件成形制造中（圖1）。
熱沖壓成形技術的概念與特點
熱沖壓成形技術包括直接熱沖壓和間接熱沖壓兩種形式。以最常用的直接熱沖壓成形為例，其工藝流程如圖2所示，首先將高強度硼鋼板坯料加熱到奧氏體化溫度以上，并保溫一定時間使其充分奧氏體化（通常為900～950℃），隨后將加熱的坯料迅速轉移至帶有冷卻系統的模具內沖壓成形，同時保壓淬火，使構件材料發生馬氏體轉變。與傳統的冷沖壓相比，鋼板在高溫時成形性好，可一次成形復雜形狀的構件，并且構件強度可達1500MPa甚至更高。此外，熱沖壓工藝的構件回彈小、精度高、變形抗力約為冷沖壓的三分之一、設備噸位小。
展開 鋁合金發動機罩蓋沖壓成形
DC鋼板具有良好的沖壓成形性能，在沖壓時可以形成復雜零件形狀而不發生開裂，用于發動機罩蓋時，通常采用的板材厚度為0.7～0.8mm。與DC鋼板相比，目前應用于汽車的鋁合金板材的塑性較差，塑性各向異性遠小于DC鋼板，在沖壓成形時，在局部位置容易產生開裂和起皺等缺陷。此外，鋁合金板材還存在表面在運輸、沖制和后續生產過程中，極易產生劃痕，從而影響其涂裝性能和表面質量，沖制過程中產生較大回彈等缺點。
本文以國內某轎車車型為例，對其鋼制發動機罩蓋采用鋁合金板材進行替代沖壓試制，并針對沖壓成形過程中遇到的相關缺陷提出了改進措施，最終制造出質量合格的鋁合金發動機罩蓋。
試驗設備與材料
試驗設備主要包括2000t級別的沖壓機、模具和剪板機。其中，剪板機主要用于裁剪沖壓的鋁合金坯料。本試驗中主要對汽車外覆蓋件進行沖壓成形，主要模具包括凸模和凹模，鋁合金板材沖壓成形時直接采用鋼制外覆蓋件的沖壓模具。原發動機外覆蓋件采用厚度為0.8mm的DC06鋼板，替代的鋁合金材料為0.9mm厚的6016鋁合金，由于二者的厚度差別較小，因此采用原鋼制的外覆蓋件沖壓成形模具對鋁合金板材進行沖壓成形。
圖1 剪板機和2000t級別的沖壓機及模具
表1 DC06和6016的性能對比
6016鋁合金板材的性能如表1所示，與原鋼材DC06相比，6016的均勻延伸率、塑性各向異性指數和FLD0值均偏小，此外其屈強比為0.58，DC06的屈強比為0.53，這些指標均表明，6016鋁合金板材的成形性能較差。因此，雖然此模具可以穩定生產出質量合格的鋼制汽車外覆蓋件，但采用鋁合金板材時，能否生產出合格質量的外覆蓋件，仍有待觀察。
沖壓結果
進行第一輪沖壓后，在外覆蓋件前端發生嚴重開裂，如圖2所示。
展開 車身覆蓋件沖壓成形仿真
林中欽老師的《車身覆蓋件沖壓成形仿真》pdf
1緒論
2沖壓成型有限元仿真理論
3沖壓成形三維仿真分析系統
4車身覆蓋件沖壓成形試驗研究
5拉深筋優化設計方法研究
6基于壓扁了控制的板料成形分析
7基于反向模擬的毛坯外形設計
8沖壓仿真中的回彈分析
9沖壓成形仿真的工程應用
呵呵，希望對大家的學習有幫助~
林中欽-車身覆蓋件沖壓成形仿真[1].part1.rar
林中欽-車身覆蓋件沖壓成形仿真[1].part2.rar
汽車五金沖壓件加工廠熱沖壓成形的技術特點
汽車五金沖壓件加工廠中熱沖壓成形是國際上近幾年出現的一項專門用于成形超高強度鋼板沖壓件的先進制造技術，也是汽車沖壓件制造領域內的較為先進的技術；
五金沖壓件加工廠在熱沖壓成形中所使用的鋼板是一種特殊的硼合金鋼板，這種鋼板不同于傳統的冷成形超高強鋼，現在應用比較廣泛的雙相鋼、復相鋼等冷成形高強度鋼板，一般是在常溫下通過冷沖壓的方法成形；
成形前后零件的顯微組織和機械強度基本不發生改變，而熱沖壓成形中所使用的鋼板在常溫下強度不很高，抗拉強度僅有400~600MPa, 具有良好的塑性與可成形性，它是通過熱沖壓成形工藝進行成形和淬火后，零件的顯微組織由原來的鐵素體和珠光體轉變成均勻的馬氏體，抗拉強度可以達到1500MPa 以上，硬度可以達到50HRC，而且基本沒有回彈，具有很高的尺寸精度，在鋼板中添加了硼，其目的在于提高鋼板的淬火性能，使板料的組織轉變順利進行，此外，為了提高材料的強度以及其它力學性能，還添加了Ti Cr Mo Cu Ni 等多種合金微量元素；
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