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      案例剖析

      汽車模具設計-某車型油箱殼-從金屬材料學解析成型開裂[智恩模具]

      Date:2018-08-03

      汽車油箱殼,最大深度為250mm,整體呈馬鞍形,中間部位過渡比較急劇,材質為304L亞穩態奧氏體不銹鋼,厚度為1mm。

      拉深到底前50 mm開裂

      到底前50mm塑性變形量

      制件在拉深過程中發生異響,并且隨著拉深深度的增加響聲越大,壓力機壓力由初始的6000kN增大為8500kN,最終在制件拉深到底前50mm出現開裂,到底前50mm塑性變形量如圖所示,說明材料的屈服強度隨著塑性變形的增大而增大,壓力機需要克服的材料抗力越來越大。針對制件開裂問題現場試驗采用以下6種方案:①拉深分6次完成,開裂無法消除;②板料兩面均勻涂抹潤滑油,拉深到底前50mm制件開裂;③使用聚氯乙烯薄膜作為潤滑劑拉深到底前30mm制件開裂;④將凹模圓角由R8mm改為R20mm,拉深到底前25mm制件開裂;⑤將凹模圓角由R8mm改為R20mm,兩面粘貼聚氯乙烯薄膜,拉深到底前20mm開裂;⑥減小壓邊力,周圈法蘭邊起皺嚴重,開裂無法消除。按照傳統的調試方法無法解決制件開裂問題,需要從304L材料性能方面研究解決開裂問題。

      不同塑性變形量時馬氏體轉變量

      CAE分析拉深塑性變形量

      制作啞鈴料片試驗分析304L材料在室溫下發生塑性變形時會有部分奧氏體轉變為馬氏體,為了確認塑性變形量和馬氏體轉變量的關系,在室溫(25℃)進行馬氏體轉變量標定試驗。加工8個拉伸試樣,板料厚度為1mm,使用萬能拉伸試驗機將試樣拉伸到指定的變形量,保持一段時間后卸載,用鐵素體測量儀FerriteDetermSP10a測量馬氏體轉變量,由圖可以看出,室溫下304L材料馬氏體轉變量隨著塑性變形量增加而增加,當塑性變形量<15%時馬氏體轉變速率較慢;當塑性變形量>15%時,馬氏體轉變速率較快;當塑性變形量為40%時,馬氏體轉變量達到30.7%,高于馬氏體轉變量在15%以下的壓力容器要求,不能滿足油箱高溫高壓的使用要求。

      通過Autoform分析油箱殼成形過程,成形結束后制件塑性變形量平均在35%左右,最大塑性變形量為47%。按照常規工藝方法不能很好地控制馬氏體轉變量,馬氏體轉變量過大,材料強度增加,韌性降低,導致制件拉深到底前50mm出現開裂,通過調整材料流入和使用聚氯乙烯薄膜潤滑均不能控制馬氏體轉變量。

      不同溫度下35%塑性變形量時馬氏體轉變量

      查閱相關文獻發現304L材料馬氏體轉變量與溫度有一定關系,為了確定馬氏體轉變量與溫度的關系,進行了不同溫度下馬氏體轉變量標定試驗。加工8個拉伸試樣,板料厚度為1mm,采用加熱爐將試樣加熱到指定溫度,在萬能拉伸試驗機上將試樣拉伸到35%塑性變形量,保持一段時間后卸載,用鐵素體測量儀FerriteDetermSP10a測量馬氏體轉變量,隨著溫度的升高馬氏體轉變量逐漸降低,對于發生35%塑性變形的試樣,當溫度為0時馬氏體轉變量為50%;當溫度為80℃時,馬氏體轉變量為13%;當溫度升高到120℃時,馬氏體轉變量僅為4%。這是因為304L材料形變誘發馬氏體轉變的初始溫度為Ms,最高溫度為Md,當溫度在Ms~Md時,奧氏體在應力和塑性變形的作用下會發生部分馬氏體轉變,而當溫度高于Md時即使發生很大的塑性變形奧氏體也不會轉變為馬氏體。通過試驗發現當板料溫度為80℃時,馬氏體轉變量為13%,當板料溫度>100℃時,馬氏體轉變量均在5%以下,理論上將板料加熱到80℃以上即可控制馬氏體轉變量低于15%。

      基于上述試驗研究,將板料在感應加熱爐中加熱至100℃并保溫30min,在原有沖模上一次拉深成形,制件沒有出現開裂,經檢測制件馬氏體轉變量最高為7%,達到了預期的效果。

      -END-

      智恩模具/設計師:皓辰

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