高強度鋼板熱沖壓過程的模具溫度控制與數(shù)值模擬技術(shù)研究.pdf

1、熱沖壓工藝是一種基于模內(nèi)淬火的高溫板料成形技術(shù)，其技術(shù)特點是將板料在高溫下沖壓成形，并利用模具實現(xiàn)對成形工件的淬火處理。在熱沖壓工藝中，沖壓過程板料處于奧氏體化溫度以上，這將顯著降低高強度鋼對成形力的要求，提升單工序成形能力。沖壓前，高溫板料進行了充分的奧氏體均勻化，沖壓后模具仍然要保持壓力閉合一段時間，對成形零件進行快速冷卻淬火，提升淬后零件的力學性能和組織性能。熱沖壓工藝可以有效的消除利用傳統(tǒng)工藝對高強度鋼成形時極易出現(xiàn)的斷裂、回彈

2、、變形抗力大等工藝問題，顯著改善高強度鋼的成形能力;有效提高了成形工序集合程度，降低了工藝復雜性，提高了生產(chǎn)效率。顯然，熱沖壓工藝作為一種多種工藝、多種技術(shù)高度集合的新型工藝，極大地擴展了高強度鋼的應(yīng)用范圍，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場潛力。
　　 本文從工藝原理、工藝流程、硼鋼材料的淬后性能、模具溫度場控制、冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計、材料模型的建立及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究等方面對熱沖壓成形工藝進行了系統(tǒng)的研究。
　　 針對硼鋼材

3、料的淬后性能，利用對比實驗的方法，研究了淬后工件力學性能和微觀組織形態(tài)，通過對比分析不同加熱溫度、不同保溫時間、不同冷卻介質(zhì)（水、銅砧板、鋼砧板）條件下淬后工件的抗拉強度、硬度、微觀組織形態(tài)等性能指標，研究揭示了相關(guān)工藝參數(shù)對材料淬后性能的影響規(guī)律，并據(jù)此提出了該材料的熱處理工藝參數(shù)推薦方案。
　　 分析了熱沖壓工藝原理和模具系統(tǒng)各部位熱傳遞過程，構(gòu)建了熱沖壓工藝熱平衡分析模型，建立了熱沖壓成形過程數(shù)值模擬模型，利用數(shù)值模擬方法

4、研究了熱沖壓模具溫度場的分布形態(tài)和歷史演變規(guī)律，并提出了需要重點關(guān)注的模具主要換熱通道;建立了熱沖壓工藝實驗?zāi)M裝置，制定了合理的實驗?zāi)M熱沖壓工藝流程，提出了平均溫度、平均溫增、溫度極值、平均周期四個溫度場考量指標，利用實驗數(shù)據(jù)，分析了工藝過程中模具溫度場的分布和變化規(guī)律，研究了成形溫度、冷卻介質(zhì)和工藝周期對模具溫度場考量指標的影響規(guī)律;將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了對比分析，驗證了所建模型及相關(guān)設(shè)置方案的可靠性。
　　 基于熱力

5、耦合數(shù)值模擬分析、響應(yīng)曲面法和粒子群優(yōu)化算法，研究了熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)對冷卻效率、溫度場均勻性和疲勞壽命的影響規(guī)律;利用最小二乘法的回歸分析，建立了熱沖壓模具表面平均溫度、表面溫度的標準差和模具上最大等效應(yīng)力的響應(yīng)曲面模型;通過變異數(shù)分析和隨機試驗，驗證了響應(yīng)曲面模型的有效性。提出了冷卻效率優(yōu)先、模具溫度均勻性優(yōu)先和疲勞壽命優(yōu)先的三種優(yōu)化設(shè)計策略，基于所建立的響應(yīng)曲面計算模型，分別建立了相關(guān)優(yōu)化模型，利用自主開發(fā)的優(yōu)化設(shè)計程序?qū)?/p>

6、目標函數(shù)進行了優(yōu)化計算，獲得了模具冷卻系統(tǒng)布局相關(guān)推薦參數(shù)，利用與原設(shè)計方案進行對比分析的方法，證明了優(yōu)化結(jié)果的積極意義。
　　 基于相關(guān)實驗測試，自主構(gòu)建了熱—力—組織三場耦合的材料模型，實現(xiàn)了對熱沖壓工藝溫度場、應(yīng)力應(yīng)變場和相變過程的耦合分析;根據(jù)熱沖壓工藝特點，建立了U型件熱沖壓工藝過程的數(shù)值模擬模型，利用自行開發(fā)的材料模型，研究了成形溫度對板料厚度、回彈變形、殘余應(yīng)力場及相變過程的影響規(guī)律，建立了相關(guān)成形零件工藝指標隨工