《超高強度鋼氣壓管成型技術的研究與開發》是依託東北大學，由李建平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超高強度鋼氣壓管成型技術的研究與開發
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李建平
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
為滿足汽車工業對減輕車身重量、減少能耗和排放的需求，本項目提出了高溫氣壓管成型技術，用於製造車身用超高強度鋼薄壁空心管件。針對超高強度鋼常溫成型力大、回彈大、零件尺寸精度低等問題，本項目採用高溫成型的方法，將超高強度鋼在成型模具內加熱到奧氏體區（850～950℃），利用高壓氣體脹形，然後再利用超高強度鋼淬火硬化效應，對模具內已成型的管件進行淬火處理，以獲得強度在1200MPa以上的薄壁空心管件。本項目採用實驗和數值模擬的方法研究超該項技術的工藝問題和材料的成型性能，評估各種加熱和冷卻方式的效率和可行性，建立模擬實驗研究裝置。提出真空加熱或保護氣氛加熱方法解決高溫成型的氧化問題，提出脈動氣壓成型方法減小管壁與模具的摩擦，降低成形力，提出噴吹氮氣或液氮的方法進行淬火處理，提高冷卻效率，降低模具製造成本。本項目還開展熱、力和相變耦合的有限元分析，研究超高強度鋼熱成型的變形和組織性能演變規率。
結題摘要
本課題主要完成四個方面的研究工作。 1. 針對課題，制定了總體研究方案。主要特點：（1）開展有限元模擬研究，分析了氣壓薄壁管熱脹形的應力應變分布以及壁厚變化，建立了氣壓管成形過程有限元模型；（2）開發了一種由成形水冷模具、電阻加熱、管端密封、液壓軸向進給機構、高壓氣體供給控制等組成的實驗裝置；（3）水冷模具可以對高強鋼管進行淬火冷卻，提高強度。鋼管採用電阻加熱，最高加熱溫度為1000℃。（4）開發了單級增壓泵、高壓氣體壓力調節等技術，完成了40MPa級高壓氣體增壓系統設計集成。 2.薄壁管氣壓熱成形數值模擬。採用ANSYS13.0有限元分析軟體，對氣壓熱成形過程中脹形模具的受力情況進行了數值模擬，結果表明，在恆定合模力和最大氣壓力作用下，模具應力應變最大的位置出現在型腔過渡圓角處；利用LS-DYNA對薄壁管高溫氣壓熱成形過程展開結構場分析，研究了接觸和摩擦處理等問題，給出了幾何模型、自適應格線劃分、邊界條件處理等在數值模擬的方法與實例，分析了不同溫度、氣壓、以及載入路徑對成形管坯壁厚分布的影響規律，結果表明，增大進氣速率和軸向力可以有效抑制壁厚過度減薄，使壁厚趨於均勻。 3. 研發出薄壁管高氣壓熱成形試驗裝備。結果表明：模具水冷通道、軸向進給控制、升溫時間、氣體壓力和成形速率等是薄壁管氣壓熱成形的關鍵技術，最終獲得了現有試驗條件下管坯貼模性最佳工藝。採用STEP7和WinCC編程軟體，完成了試驗機的新型高氣壓與適時成形速度之間的耦合實際值，結果表明：氣壓與適時成形速度控制模型，解決了原系統的氣體供給速度較慢，影響成形溫度和貼膜性等關鍵技術問題。 4. 薄壁管熱成形中試實驗研究。驗證了不同工藝參數對管坯幾何形狀、壁厚分布和成形性能的影響規律。針對碳鋼、304不鏽鋼的實驗結果表明：在一定的溫度與氣壓範圍內，溫度高，氣壓大，管坯成型性能最佳；成形溫度由800℃增至950℃時，壁厚由成形前1.33mm減薄至成型後1.03mm，得到了貼模性較好的管坯工件。從選定的鋼得出的結果來看，不鏽鋼和碳鋼的測試結果與我們初始選鋼階段預測是一致的。值得注意的是，不鏽鋼304具有較高的變形能力，通過快速冷卻，得到了組織均勻性和較好的機械特性。 目前，針對本課研究，已經培養碩士研究生3人，在研博士研究生1人，撰寫涉及本課題相關研究工作論文7篇，研究生課題論文4篇，申請發明專利4項。
