英语原文共 19 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

高强度钢冲压设计手册

介绍

本手册的目的是作为汽车材料工程师，产品设计师模具工艺规划时使用白色新体高强度钢的应用指南。本指南仅适用于正常的冲压操作，不涉及轧辊成形或热

形成过程。高强度钢是指那些在205～420 MPa，屈服强度（30-60 ksi）的钢。应用这些钢和其他先进的高强度钢正在增加，在这样的背景下，世界各地的汽车制造商寻找成本效益的材料减轻重量和改进的崩溃能量管理。

材料特性和模具工艺能力必须由产品设计者理解。为了保证实用HSS零件设计，高速钢冲压成形性和尺寸稳定性可纳入产品设计师手册为许多设计需求提供方便，模具设计与模具工艺规划的合作关系，必须实现在开发计划的之前。

模具工艺规划人员必须沟通所需的设计变更、产品设计和计划的冲压过程、控制屈曲、回弹、侧凹卷曲和其他扭曲。低碳钢的加工过程并不总是能为HSS产生可接受的结果。新的钢可能需要新的冲压工序。本手册简要介绍了一些先进的模具高速钢的工艺概念。

手册还提供了一些指导模具设计，模具结构和模具的试模。在过去，试模常常试图从物质不可能的结合部分使之成为一个可接受的HSS部分任务、零件设计和模具工艺。结果是一个不安全的部分或强度较低的材料替代，并在这一过程中，大量的成本和时间花费在程序。

产品设计师之间协作的重要性，本手册强调了材料工程师和模具工艺设计人员通过使用高强度钢进行成本有效的质量降低。

HSS往往需要模具工艺不同于那些用于低碳钢，以实现质量冲压。最近在汽车/钢HSS研究伙伴关系表明，在275–420 MPa范围内（40–60 ksi的屈服强度），

错模过程是一个更大的部分，部分质量较差的材料性能的变化比。这包括壁开角，侧壁卷曲，偏置凸缘角度和面板扭曲的影响。

产品设计师必须了解材料特性和建议的模具工艺，以产生一个可行的零件设计。部分几何形状和/或不均匀的拉深深度的突然变化使HSS零件更难以生产。一般来说，在275到420兆帕范围内的零件应该设计成模头或“开口”拉深模工艺。

HSS材料特性是这样的，伸长率潜力降低和抗压强度的增加而增加的拉伸强度上升。

因此，分裂和屈曲倾向增加，残余应力在冲压过程中会引起尺寸不稳定。这几乎是完全不可能为试模人员获得批准的HSS冲压如果零件设计。模具工艺不合理，法兰模弯曲半径必须小，以尽量减少回弹。此外，模具过程可能需要某种形式的“后拉伸”或“形状集”，以诱导最低2%拉伸部分附近的底部的新闻行程，这已被证明是有效的减少残余应力。

几种错模工艺正在世界各地的研究中心进行评估。这些研究主要集中在如何更好的过程控制和各种手段诱导“形状集”在冲压拉伸上。在这些过程中不同的力行程轨迹板绘制和活跃的拉延筋增加抑制力为压下死点可编程液压压边方法。氮气和液压缸已开发出与控制回击模具形式压力垫。这些发展将提高HSS冲压工艺能力在不久的将来。

第1节高强度钢的材料特性

扁轧钢是通用材料。它的强度和刚度，质量和成本比都很好，允许高速制造。此外，它们在涂敷时表现出优异的耐腐蚀性能，高能量吸收能力，良好的疲劳性能，高的加工硬化率，老化的能力，以及优良的可修饰性，所有这一切都是符合汽车应用的要求。这些特性，以及在各种各样的尺寸，强度水平，化学成分，表面光洁度的高强度钢的可用性，各种有机和无机涂层使得扁轧钢成为汽车工业的首选材料。

汽车工业协会（SAE）最近几年重新对钢板进行重新分类，无论是形成低碳等级（SAE j2329）和较高的强度等级（SAE j2340）。有什么不同的观点是什么决定了高强度钢，在什么强度级别的分类开始。

SAE指定低碳成型材料的成形性是首要的考虑因素，在制作过程，高强度钢的屈服强度和抗拉强度水平是首要的考虑。高强度钢的抗凹痕性，提高承载能力，改进的崩溃能量管理，或通过减少金属板厚度，或质量减少是可取。

强度的增加通常会导致延展性降低或成形性变差。必须考虑设计零件，模具和制造工艺，以获得最大的利益，从更高强度钢板。

这些钢的强度是通过化学成分、合金化和特殊加工来实现的。特殊工艺包括机械轧制技术，热轧温度控制，冷退火钢的时间/温度控制。

高强度钢和牌号的类型见表1：

表1：可用于汽车的高和超高强度钢级

凹抗烘烤硬化和非烘烤硬化钢

有两种类型的凹痕，耐热钢，非烘烤硬化和烘烤硬化。SAE已将它们归类为A型和B型，这两者都是在等级与最小屈服强度为180兆帕。凹抗钢冷轧低碳（0.01-0.08 %），典型的还原和连续铸钢用基本的氧气，使电炉，或生产材料，满足特定的等级要求其他进程。化学成分必须能够达到所要求的机械性能和成型性能的指定等级和类型。等级180和210，使用IF（如果）具有碳含量小于0.01%的贱金属，有效的lt;lt; 0.001%硼可能需要减少二次加工脆化（SWE）和焊接过程中的晶粒生长控制。

抗凹陷型钢是一种不可烘烤硬化钢的抗凹陷结合初始屈服强度和加工硬化过程中赋予形成实现零件的最终强度。添加固溶强化元素如磷、锰和/或硅以增加强度。淬透性取决于溶液中剩余的碳量，这取决于化学和热机械处理。有时少量的铌、钒、钛或使用，但因为他们减少塑性有限。

凹抗B型钢是一种可烘烤硬化钢，耐凹痕是一类相对较新的钢板产品。它们提供了一个组合的成形性在传入的钢和屈服强度高的应用程序中，没有达到在传统的高强度钢。他们可能被替换为冲压件质量图纸，而无需主要模具修改。成形性和强度的结合使烘烤硬化钢的拉伸或拉伸的好选择应用抗凹痕和手掌印是很重要的应用，如盖，车门，挡泥板，和甲板盖。烘烤硬化钢还可以帮助减少车辆质量通过了计量。

成形操作具有一定程度的应变硬化，提高了烘烤硬化型B钢的屈服强度。油漆烘烤周期，通常为175°C（350°F）20至30分钟，由于温和的“碳应变老化”的屈服强度提供了另一个增加。材料性能一般稳定性，取决于工艺。

固溶强化，高强度低合金（HSLA），和高强度恢复退火的热轧和冷轧薄板钢

高强度，低合金钢，高强度恢复退火类别包括的范围从300到830兆帕屈服强度钢的等级。为了这些等级钢是低碳、还原和连续铸钢用基本的氧气，使电炉，或其他的过程中，会产生一种物质，满足特定的等级要求。化学成分必须能够达到所要求的机械性能和成型性能的指定等级和类型。

几种基于化学的高强度钢属于上述组。固溶强化的高强度钢是那些含有磷、锰、硅的常规低碳（0.02-0.13 %碳）钢。低合金高强度钢的碳化物形成了如钛、铌（钶），或钒添加到传统的低碳钢随着固溶强化从P Mn和Si。高强度退火钢具有类似于上述钢种的化学成分，但特殊的退火方法防止了冷轧钢的再结晶。分类的基础上的最小屈服强度为300至830兆帕。在每个强度级别的几个类别定义如下

S型：高强度钢固溶强化碳、锰与磷或硅解决方案增强结合强度的最低要求。碳含量被限制在0.13%以上以提高成形性和可焊性。磷被限制在最高0.10%，硫限制在0.02%。

X型：低合金高强度钢，通常称为高强度低合金钢，合金碳化物和亚硝酸盐的形成元素铌（钶），通常由钛，钒，单独或组合使用。这些元素与碳、锰、磷和硅一起使用，以达到规定的最小屈服强度。碳含量被限制在0.13%以上以提高成形性和可焊性。磷被限制在最高0.06%。铌（钶）规定的最低，钛或钒是0.005%，而硫被限制为最大0.015%。指定70兆帕的最小屈服强度和拉伸强度的。

Y型：与x型相似，除了一个100兆帕传播指定的所需的最低屈服和抗拉强度。

R型：高强度退火、退火或应力消除退火钢主要通过冷加工而实现强化。还可以在S和x型下提高合金元素。碳被限制为0.13%，最大限度地提高成形性和可焊性。磷被限制在最高0.10%，硫限制在0.015%。这些钢是最适合弯曲和辊形应用，因为它们的机械性能是高方向性和延展性和成形性是有限的。

超高强度冷轧钢；双相变；相变诱发塑性；低碳马氏体

超高强度双相（DP），相变诱导塑性（TRIP），低碳马氏体（LCM）的类别包括钢等级最低拉伸强度在500至1500兆帕的范围内。这些钢板可订购供应无涂层或镀锌和涂层可用性不同的各种钢铁供应商。

特殊热处理的做法，包括淬火、回火处理的方法一般都在钢的显微结构的马氏体相。体积分数的碳含量和马氏体相决定强度等级。这些钢主要用碳锰合金。在某些情况下可以添加硼。

超高强度钢的典型力学性能在表5至7页11-13指定。

分类的基础上的最低抗拉强度的钢板：500至1500兆帕。这些超高强度钢的成形性和焊接性的要求是买家和供应商之间的协议。

双相（D型）：超高强度双相钢组织由铁素体和马氏体组成，低碳马氏体的体积分数决定强度等级。

两种类型的双相钢是可用的；一个高收率比（产品）指定的DH和低产量比产品指定DL。表5显示了D型，双相高强度钢所需的机械性能。这些属性的SAE规范包含在SAE j-2340。

表5 超高强度双相热轧和冷轧薄钢板所需的力学性能

马氏体（Type M）

马氏体高强度钢是一种低碳脱氧钢的基本氧气，使电炉，或其他的过程中，会产生一种物质，满足要求的specificgrade。这种钢是连续铸造的。该化学组合物能够达到规定的等级和类型所需的机械和成形性能。

钢铁供应商必须定义在生产基础上提供的化学成分范围。的显微组织为低碳马氏体的碳含量，以确定强度等级。

这些材料具有有限的延展性。表6显示了M型、马氏体超高强度钢所需的力学性能。这些属性的SAE规范包含在saej-2340。

表6 低碳马氏体热轧和冷轧薄钢板力学性能要求

相变诱发塑性钢（TRIP）（一般为600-1000 MPa拉伸）：TRIP钢通过特殊合金化和热处理，或轧后退火，提高了延展性。TRIP钢的显微组织中含有铁素体-贝氏体基体中残余奥氏体，在成形过程中转变为马氏体。这些钢的可用性目前在美国非常有限。

表7显示了典型的机械性能值和可用的宽度和厚度的许多耐凹痕，高强度，和超高强度等级的汽车行业使用的钢板。

表7典型力学性能值和有限钢板厚度和宽度可用性的编制

-产品设计准则，高强度钢的应用

一般产品设计准则

汽车应用高强度钢能有效的节省重量成本。然而，这些钢材所提供的潜力

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[138385]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word