超高強(qiáng)度硼鋼熱沖壓工藝及模具優(yōu)化研究.pdf

1、隨著霧霾問(wèn)題、能源緊張問(wèn)題日益突出，汽車(chē)輕量化成為汽車(chē)制造業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。對(duì)于汽車(chē)輕量化而言，超高強(qiáng)度鋼由于其強(qiáng)度高、硬度大的特點(diǎn)可以有效減小車(chē)身鋼板厚度，且超高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用進(jìn)一步提高了車(chē)體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗沖擊性能。然而，該鋼板由于屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的提高，其沖壓成形性能下降，使用冷沖壓工藝容易導(dǎo)致很多成形缺陷。因此，超高強(qiáng)度鋼熱沖壓成形技術(shù)開(kāi)始被迅速應(yīng)用。超高強(qiáng)度鋼熱沖壓技術(shù)通過(guò)將鋼板加熱到再結(jié)晶溫度以上，并保溫一段時(shí)間實(shí)現(xiàn)完全奧

2、氏體化后，再轉(zhuǎn)移到帶有冷卻系統(tǒng)的模具中進(jìn)行沖壓成形，并在模具內(nèi)保壓淬火完成馬氏體相變，從而得到超高強(qiáng)度鋼沖壓件。該技術(shù)有效解決了超高強(qiáng)鋼成形性能和強(qiáng)度之間的矛盾。本文以22MnB5為研究材料，以U形零件作為研究對(duì)象，對(duì)熱沖壓模具設(shè)計(jì)、熱沖壓仿真、模具冷卻系統(tǒng)優(yōu)化、模具結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化等進(jìn)行了研究。
　　利用CATIA對(duì)U形件熱沖壓模具進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括模具材料的選擇、模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及密封裝置設(shè)計(jì)。基于設(shè)計(jì)結(jié)果，

3、利用有限元仿真軟件ABAQUS建立熱力耦合有限元模型，對(duì)超高強(qiáng)度硼鋼U形件的熱成形過(guò)程和淬火過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值仿真。
　　為提高熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的冷卻能力，對(duì)其關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括冷卻管道直徑D、相鄰管道側(cè)壁間距S、管道頂部與模具型面間的距離H、冷卻水流速V。確定這4個(gè)參數(shù)的最優(yōu)值是模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本文對(duì)冷卻系統(tǒng)中D、S、V、H這4個(gè)因素分別選取16個(gè)水平，建立均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，并按照試驗(yàn)

4、方案進(jìn)行對(duì)應(yīng)的熱沖壓有限元仿真?；诰鶆蛟O(shè)計(jì)試驗(yàn)的仿真結(jié)果和回歸分析方法，建立淬火結(jié)束時(shí)刻凹模最高溫度與這4個(gè)因素之間的二次型回歸模型。利用遺傳算法對(duì)該回歸模型進(jìn)行最優(yōu)值求解，確定冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的最優(yōu)值，并通過(guò)有限元仿真模型驗(yàn)證了該優(yōu)化結(jié)果。
　　為提高模具材料利用率、減輕模具結(jié)構(gòu)重量，本文對(duì)熱沖壓模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。以凹模作為研究對(duì)象，以關(guān)鍵工況下凹模與板料間接觸應(yīng)力作為凹模結(jié)構(gòu)分析模型的壓力載荷，以最小化凹模體積作為