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车门防撞梁的热冲压摘要近年来，在汽车行业正在努力减少车体重量用于减少二氧化碳的排放。该高强度钢热成形为显著轻量化提供了可能性。传统的门冲击结构设计是由一个或两个管和两个支架通过冲压构成的。如果传统的设计改为热冲压设计，有很多优点，如成本节约，工具数量减少和减轻重量。热冲压防撞梁的发展在本文中加以说明。它包括产品设计，过程评价，模具设计，CAE仿真和样机制造。最后，它使用硬度试验，减薄率分析，及准静态三点弯曲试验来检查热冲压件的性能，包括机械性能，塑性变形能力和吸收能量的能力。它可以用作汽车工业的参考，开发类似的产品。关键词：热冲压;车门防撞梁; CAE模拟;三点弯曲试验1.简介近年来,全球发展趋势是朝着更轻、节能汽车更耐碰撞方向发展。汽车行业正在努力减少车体重量,减少二氧化碳排放的同时维持车辆部件的高强度性能。热冲压技术在这方面是关键。高强度钢的热冲压提供了获得显著减轻体重的可能性。Steinhoff（2008），Oldenburg（2009）和Karbasian（2010）讨论了热金属板的高成形性能钢及其在汽车领域的应用。因此在汽车结构方面热冲压技术这样的应用程序获得越来越多的关注。此外，随着越来越多的知识和经验的积累提高了人们对冲压技术的兴趣,热冲压技术可以得到进一步的发展。 Turetta（2006年），Naderi（2011）和Shan（2013）研究了成形性，组织和热冲压后的高强度碳钢的机械性能。一期工程形成研究热冲压工艺中，车门冲击梁的侧面碰撞保护有待进一步提高。通常，传统的车门冲击结构设计是由一个或两个管和两个支架的冲压件构成，如图1所示。然而，如果现有的设计改变为热冲压设计有许多的优点，如成本节约，模具数量减少和减轻重量。因此，本文说明了门防撞梁的热冲压成形的发展。图1 传统的管状横梁在汽车门影响应用程序的设计2.实验装置热冲压工艺采用硼钢毛坯，它被加热到约900。然后，所形成的坯件通过淬火冷却手段来获得马氏体超高强度钢。大多数研究都是关于理论探索，缺乏热冲压工艺在实践的大局意识和车门防撞横梁在实际形成时的表现。经过调查车门防撞梁位于车前门内侧。该设计是一种热冲压部长度1105毫米，宽140毫米和45毫米的最大深度。其横截面是复杂的带有双U形的特色。前车门防撞梁热冲压的新的设计如图2。所调查的材料是由当地的钢铁公司开发的15B22硼钢。锌涂层与未涂覆的钢板均1.4mm的厚度。图2新设计的前门梁热冲压工艺的影响。3 CAE模型和工艺参数分析3.1 CAE模型该CAE分析模型如图3，模具被设置在顶部，冲头被设置在底部，毛坯经过180秒被加热到大约930，然后转移到冲压模具。成形处理被划分为毛坯放置，冲压和淬火。首先，将模具向下移动到毛坯。在成形结束时，冲头接近模具，完成保压淬火。既然前门梁是有复杂功能的双U形。为了获得更好的成形结果在双U形区，一个可移动的垫（模具）被提出并设计成形成双U形的中心区域，如图4。模具组件包括水冷却通道的凸凹模。模具和冲头由SCM440钢制成。用于热压冲压过程是一个具有8000千牛最大挤压力液压机。图3 CAE模型设置为热冲压工艺设计成不动垫图4 热冲压模具的原理及其活动垫的设计3.2 工艺参数分析在本文中，帕姆戳软件用来模拟成型及淬火。这个过程是分为三个步骤。第一步骤是将坯料从炉中取出冷却5-6秒。在第二步骤中，热成形开始。由于坯料和工具之间的传热第三步是一个淬火阶段。在650-700静摩擦系数被认为是=0.4。坯料的初始温度设定为930，金相结构为100的奥氏体。首先，没有可动垫设计，厚度，温度和片材的微观结构分布的模拟进行了观察。可以看出，在双U形中间拐角处厚度变化最小值为0.93毫米。减薄率约34，可判断为在拐角处具有导致破裂的风险如图5所示。图5示意图的厚度变化的最小值0.93毫米随后，研究了另一个带有可移动垫设计的模具设计条件。可移动垫挤压力被设定在4吨。具有可动垫设计的模拟后，可以看出，在双U形中间拐角处厚度变化最小值为1.18毫米。变薄比为约15.7，可以判断为安全的热成形，如图 6所示。图6 (a)带有活动垫的模具设计和(b)厚度变化的最小值为1.18毫米4.结果和讨论4.1 带有可移动垫模具设计的效果图7显示的是热冲压实验前门梁。如果没有可移动垫设计，如图8（a）表示前门梁在双-U形的区域断裂。从图中可以看出，断裂的位置是在尖角（双-U区），那就是与模拟的预测完全一致。然而，完好部分（无断裂）的形成有可动垫设计，如图8（b）。在仿真中，最小片材的厚度为1.18毫米，而变薄比为15.7。这是相比于实验厚度分布如图9，片的最小厚度为1.08毫米，而厚度变薄比为22.8。结果表明本文采用的工艺参数是可靠的，仿真结果与实验数据一致性可以接受。图7 (一)前门梁热冲压实验的实施图8 （一）不可动垫的设计断裂发生，（b）有可动垫设计完好图9 示意图实验厚度分布，最小厚度值是1.08毫米4.2 硬度和尺寸验证在20个不同部位进行显微硬度测试。从图10中所示的结果显示这部分具有均匀的硬度分布，最大值为HRC48和最小值为HRC42.对热冲压件的要求应超过HRC40。此外，也应检查尺寸精度、 3D 测量 （与源讯公司紧凑扫描/MV600） 扫描仪用于检测尺寸精度。扫描结果显示最大偏差为1mm，这也符合一般要求。图10 三维扫描的结果最大偏差为1毫米4.3 三点弯曲试验前门梁的设计有减少侧面撞击力来保护乘客的作用。为考察其实际效果，三点测试是根据客户的要求进行的。在测试中，冲头向下移动的速度为2毫米/秒，这是要通过热冲压接触和弯曲门梁。如图11所示三点测试的实施和试验后的前门梁。测试结果表明，最大载荷为11.2KN（管状的基线设计：14.8KN），并且当冲头入侵距离达到100mm时，吸收的能量是808J（管状基线设计：1,023J）。看来，新的前门梁与管状基线设计相比能量吸收处于更低水平。图11(一)三点测试的示意图,(b)测试后前门梁5.结论对1.4 毫米15B22 硼钢的板材进行热冲压成形研究。通过数值模拟及在本文中的成形实验，可以得出以下主要结论。(1) 过程参数对板料成形性能有很大的影响。对于前门梁，可移动垫设计具有重要的作用。断裂的产生可能在双 U形过渡转角地区，因为这个地方的厚度最小。（2）门梁良好的结构是基于仿真的结果，该部分具有均匀的硬度分布，硬度范围在HRC42到HRC48之间。（3）通过扫描仪三维测量，扫描结果显示最大偏差为1毫米，这也符合一般要求。(4)然而,通过三点弯曲测试,它表明,新前门梁与基线设计相比能量吸收在更低水平。基于目前的前门梁由热冲压设计，侧面碰撞性能也应该考虑到。5.参考K. Steinhoff, M. Oldenburg, B. Prakash, October 22-24, 2008. Proceedings of hot sheet metal forming of high-performance steel(CH2). Germany, 3-35. M. Oldenburg, K. Steinhoff, B. Prakash, June 15-17, 2009. Proceedings of hot sheet metal forming of high-performance steel(CH2). Sweden, 17-42. H. Karbasian, A. E. Tekkaya, 2010. A review on hot stamping, J. Mater. Process. Technol. 210, 2103-2118. A. Turetta, S. Bruschi, A. Ghiotti, July 2006. Investigation of 22MnB5 formability in hot stamping operations. J. Mater. Process. Technol., 177, 396-400. M. Naderi, M. Ketabchi, M. Abbasi, W. Bleck, 2011. Analysis of microstructure and mechanical properties of different high strength carbon steels after hot stamping. J. Mater. Process. Technol., 211, 1117-1125. Z. D. Shan, Y. S. Ye, M. L. Zhang, B. Y. Wang, July 2013. Hot-stamping die-cooling system for vehicle door beams. Int. J. Precis. Eng. Manuf., 14, 7, 1251-1255.