汽车轻量化是实现节能减排降耗、提升整车性能的关键技术。它在保障汽车使用性能和安全要求的前提下，运用轻质高强材料、轻量化结构设计与先进制造工艺，可降低整车重量，实现节能减排降耗目标。汽车轻量化技术符合国家能源战略和可持续发展需求，是推动汽车产业转型升级的战略举措。研究表明，汽车整车重量每降低10%，燃油车燃油效率可提高6%～8%，排放下降4%，电动车续航里程增加5.5%。重量减轻还能提高车辆加速性、制动性和操控性。因此，《中国制造2025》提出，大力发展汽车节能减排自主创新技术，提升汽车轻量化核心技术的工程化和产业化能力。在众多轻量化材料中，高强钢/超高强钢具有成本低、强度高、拉伸弹性模量高、成形性能优异等优点，是减轻汽车重量、降低排放、提高安全性等*有效和*经济的方法之一。在某种程度上说，汽车用钢的生产与应用技术代表了一个国家的工业制造技术水平。本书研究内容依托于国家自然科学基金联合基金重点支持项目高性能车身覆盖件用铝合金板材组织性能调控与成形性研究（U1564202）、国家自然科学基金车身模具型面三维点式移动感应加热淬火强化技术基础研究（51175392）。
《节能与新能源汽车关键技术研究丛书》聚焦国家节能减排和发展战略性新兴产业的需求，瞄准国际前沿科技，服务汽车产业转型升级和国家经济建设。丛书由清华大学欧阳明高院士担任主编；作者由包含国家杰青、*在内的国内外一流学者亲自领衔执笔，他们是国内外新能源汽车研究领域*高水平的代表，具有较高的权威性。著作内容为作者承担国家重点研究项目成果的结晶，原创性强、学术水平高、体现自主知识产权。具有较高的学术价值、出版价值和产业应用价值。
超高强钢具有强度高、刚度高、耐碰撞、成本低等优势，成为车辆承载构件和安全防护构件的主要材料。我国汽车强国建设对超高强钢复杂薄板构件高质高效成形制造提出了迫切要求。发展超高强钢复杂薄板构件先进制造技术，持续壮大节能与新能源汽车战略性新兴产业，是实现汽车制造大国向汽车制造强国转型升级的必由之路。热冲压是一种集冲压和热处理于一体的材料成形新技术。相较于传统冷冲压，热冲压能够显著地提升材料成形性能，减小变形抗力和回弹，抑制破裂和起皱缺陷，是超高强钢复杂薄板构件的首选成形方法，受到各国政府和汽车行业的高度重视，近年来发展极为迅猛。本书是作者在超高强钢构件热冲压方面多年研究成果的总结。在国家自然科学基金、高等学校学科创新引智计划、**创新团队发展计划等大力支持下，武汉理工大学热冲压科研团队通过产学研合作，深入研究了超高强钢构件热冲压基础理论，开发了超高强钢构件高质高效热冲压成形技术与装备。该装备在国内外汽车整车及零部件企业进行了推广应用，取得了显著社会效益和经济效益。针对当前我国双碳目标和汽车产业转型升级迫切需求，作者将超高强钢构件热冲压相关研究成果总结整理成书，以期促进我国超高强钢复杂薄板构件先进制造技术快速发展。本书共6章：第1章概述了超高强钢构件热冲压成形研究背景和重要意义；第2章阐述了超高强钢热力耦合塑性变形行为与组织演变机理；第3、4章分别阐述了超高强钢构件等强度/变强度热冲压成形工艺；第5章介绍了伺服热冲压成形工艺设计方法与系统；第6章介绍了热冲压模具与伺服成形装备。本书的研究工作得到了李晔、刘佳宁、沈玉含、韩瑜、刘润泽、谢光驹、佘建立、任永强、杨真国、曹威圣等研究生的支持，作者谨在此一并致谢！感谢国家出版基金的资助和华中科技大学出版社总经理助理、机械分社社长俞道凯先生的大力支持。超高强钢构件热冲压成形技术正值快速发展之际，作者对于一些理论与实际的认识难免不全面、不准确，殷切希望读者批评指正。著者2024年8月
华林，教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。西安交通大学机械工程专业博士研究生毕业，获工学博士学位。现任现代汽车零部件技术湖北省重点实验室主任。兼任中国汽车工程学会常务理事，中国机械工程学会塑性工程分会副理事长、材料成形与模具技术国家重点实验室学术委员、《中国机械工程》和《塑性工程学报》编委。长期从事机械与汽车工程教学科研工作，主持筹备建设了车身工程本科专业方向，主持了车辆工程卓越工程师专业建设。入选人事部新世纪百千万人才工程，并获得了国务院政府特殊津贴。
第1章超高强钢构件热冲压成形概述11.1汽车轻量化背景与重要意义11.2高强钢分类、特点及应用21.3汽车薄板构件冲压成形特点与性能评定方法41.3.1冲压成形特点及其在汽车薄板构件上的应用41.3.2汽车薄板构件冲压成形性能评定方法51.4超高强钢热冲压成形及存在的技术难题71.5本章小结9本章参考文献9第2章超高强钢热力耦合塑性变形行为与组织演变机理112.1高温拉伸变形行为与组织演变规律112.1.1高温拉伸试验与应力应变曲线112.1.2断裂区微观组织演变142.2高温本构模型272.2.1基于唯象的宏观本构模型282.2.2耦合位错密度的黏弹塑性微观本构模型332.3高温胀形试验与组织演变规律532.3.1高温胀形试验及结果分析532.3.2EBSD试验及结果分析552.4高温成形极限试验与成形极限模型662.4.1高温成形极限试验及结果分析662.4.2宏观高温成形极限模型702.4.3耦合损伤的黏塑性成形极限模型762.5本章小结79本章参考文献80第3章超高强钢构件等强度热冲压成形工艺833.1基于复相组织精细调控的高强韧热冲压方法833.1.1试验材料与试验方案833.1.2热变形条件对力学性能的影响883.1.3热变形条件对组织演变与断口形貌的影响963.2典型构件热冲压成形分析与组织精细调控1053.2.1中立柱热冲压有限元模型1053.2.2工艺参数对热冲压中立柱成形质量的影响规律1073.2.3中立柱热冲压试验与结果分析1143.2.4形变对马氏体相的影响规律和机理1183.2.5形变对残余奥氏体相的影响规律和机理1233.3本章小结125本章参考文献125第4章超高强钢构件变强度热冲压成形工艺1294.1梯度性能构件定制策略与高强韧热冲压成形方法1294.1.1侧面碰撞有限元模型的建立1304.1.2轻量化中立柱加强板侧碰性能分析1334.1.3中立柱加强板梯度性能分区优化设计1364.1.4梯度性能中立柱加强板热冲压成形1534.2考虑变形效应的中立柱多目标优化设计与热冲压成形1654.2.1塑性变形效应网格变量映射流程1654.2.2考虑塑性变形效应的变强度中立柱侧碰有限元模型1674.2.3塑性变形效应对中立柱耐撞性的影响1694.2.4基于GrayTaguchi方法的中立柱强度分布优化设计1714.3拼焊门环变强度热冲压成形1824.3.1基于分区控温的拼焊门环变强度热冲压成形工艺1824.3.2工艺参数对拼焊门环成形质量的影响规律1874.3.3拼焊门环变强度热冲压工艺优化与回弹补偿1974.4典型超高强钢构件变强度热冲压成形制造2114.5本章小结212本章参考文献213第5章伺服热冲压成形工艺设计方法与系统2155.1D1800HFD超高强钢热冲压工艺特征规划2155.1.1超高强钢板热冲压模拟试验2155.1.2超高强钢热加工图建立与分析2235.1.3超高强钢热冲压工艺曲线特征的规划2295.2基于混阶样条曲线的超高强钢伺服工艺曲线2325.2.1超高强钢伺服热冲压工艺曲线设计原则2335.2.2基于混阶样条曲线的超高强钢伺服工艺曲线设计2415.3伺服热冲压工艺智能设计系统及应用2495.3.1系统开发环境及开发工具2505.3.2系统总体架构设计2515.3.3关键模块功能实现2525.3.4典型构件伺服热冲压成形仿真验证2585.4本章小结268本章参考文献269第6章热冲压模具与伺服成形装备2716.1热冲压成形模具2716.1.1热冲压模具整体结构设计2716.1.2热冲压模具冷却管道设计2766.1.3热冲压模具制造2886.2机械伺服压力机2916.2.1压力机分类与特点2916.2.2典型肘杆式伺服压力机2926.3伺服热冲压自动化生产线2986.3.1伺服热冲压生产线组成与设计要求2986.3.2典型伺服热冲压生产线系统3006.4本章小结309本章参考文献309第1章超高强钢构件热冲压成形概述11.1汽车轻量化背景与重要意义11.2高强钢分类、特点及应用21.3汽车薄板构件冲压成形特点与性能评定方法41.3.1冲压成形特点及其在汽车薄板构件上的应用41.3.2汽车薄板构件冲压成形性能评定方法51.4超高强钢热冲压成形及存在的技术难题71.5本章小结9本章参考文献9第2章超高强钢热力耦合塑性变形行为与组织演变机理112.1高温拉伸变形行为与组织演变规律112.1.1高温拉伸试验与应力应变曲线112.1.2断裂区微观组织演变142.2高温本构模型272.2.1基于唯象的宏观本构模型282.2.2耦合位错密度的黏弹塑性微观本构模型332.3高温胀形试验与组织演变规律532.3.1高温胀形试验及结果分析532.3.2EBSD试验及结果分析552.4高温成形极限试验与成形极限模型662.4.1高温成形极限试验及结果分析662.4.2宏观高温成形极限模型702.4.3耦合损伤的黏塑性成形极限模型762.5本章小结79本章参考文献80第3章超高强钢构件等强度热冲压成形工艺833.1基于复相组织精细调控的高强韧热冲压方法833.1.1试验材料与试验方案833.1.2热变形条件对力学性能的影响883.1.3热变形条件对组织演变与断口形貌的影响963.2典型构件热冲压成形分析与组织精细调控1053.2.1中立柱热冲压有限元模型1053.2.2工艺参数对热冲压中立柱成形质量的影响规律1073.2.3中立柱热冲压试验与结果分析1143.2.4形变对马氏体相的影响规律和机理1183.2.5形变对残余奥氏体相的影响规律和机理1233.3本章小结125本章参考文献125第4章超高强钢构件变强度热冲压成形工艺1294.1梯度性能构件定制策略与高强韧热冲压成形方法1294.1.1侧面碰撞有限元模型的建立1304.1.2轻量化中立柱加强板侧碰性能分析1334.1.3中立柱加强板梯度性能分区优化设计1364.1.4梯度性能中立柱加强板热冲压成形1534.2考虑变形效应的中立柱多目标优化设计与热冲压成形1654.2.1塑性变形效应网格变量映射流程1654.2.2考虑塑性变形效应的变强度中立柱侧碰有限元模型1674.2.3塑性变形效应对中立柱耐撞性的影响1694.2.4基于GrayTaguchi方法的中立柱强度分布优化设计1714.3拼焊门环变强度热冲压成形1824.3.1基于分区控温的拼焊门环变强度热冲压成形工艺1824.3.2工艺参数对拼焊门环成形质量的影响规律1874.3.3拼焊门环变强度热冲压工艺优化与回弹补偿1974.4典型超高强钢构件变强度热冲压成形制造2114.5本章小结212本章参考文献213第5章伺服热冲压成形工艺设计方法与系统2155.1D1800HFD超高强钢热冲压工艺特征规划2155.1.1超高强钢板热冲压模拟试验2155.1.2超高强钢热加工图建立与分析2235.1.3超高强钢热冲压工艺曲线特征的规划2295.2基于混阶样条曲线的超高强钢伺服工艺曲线2325.2.1超高强钢伺服热冲压工艺曲线设计原则2335.2.2基于混阶样条曲线的超高强钢伺服工艺曲线设计2415.3伺服热冲压工艺智能设计系统及应用2495.3.1系统开发环境及开发工具2505.3.2系统总体架构设计2515.3.3关键模块功能实现2525.3.4典型构件伺服热冲压成形仿真验证2585.4本章小结268本章参考文献269第6章热冲压模具与伺服成形装备2716.1热冲压成形模具2716.1.1热冲压模具整体结构设计2716.1.2热冲压模具冷却管道设计2766.1.3热冲压模具制造2886.2机械伺服压力机2916.2.1压力机分类与特点2916.2.2典型肘杆式伺服压力机2926.3伺服热冲压自动化生产线2986.3.1伺服热冲压生产线组成与设计要求2986.3.2典型伺服热冲压生产线系统3006.4本章小结309本章参考文献309
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