高強(qiáng)度鋼板熱成形換熱系數(shù)估算及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、車用高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形技術(shù)為改善高強(qiáng)度鋼板的成形性和零件的使用強(qiáng)度提供了綜合的解決方案。在熱成形過程中，紅熱鋼板一直處于與外界熱交換的狀態(tài)之中，材料的降溫歷程直接決定了相變組織的形成并影響到零件最終使用性能。材料與外界的換熱特性用換熱系數(shù)來表征，換熱系數(shù)的大小由材料和外部介質(zhì)的物理特性和接觸狀態(tài)決定。在成形過程的不同階段，材料與外界的熱交換模式不同，換熱系數(shù)的數(shù)學(xué)描述和影響因素亦不相同。
　　為獲取成形過程不同階段（加熱、轉(zhuǎn)運(yùn)、

2、沖壓、保壓淬火）的換熱系數(shù)，本文基于傳熱學(xué)基礎(chǔ)理論，對(duì)熱成形過程不同階段下的換熱模式進(jìn)行了分析，給出了從理論求解和反向估算兩個(gè)角度求解各階段換熱系數(shù)的方法:利用材料基本參數(shù)和傳熱模型理論求解換熱系數(shù);建立換熱系數(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)并利用反向估算出空冷、間隙傳導(dǎo)、接觸傳導(dǎo)、管道對(duì)流的換熱系數(shù)。
　　(1)板料在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，其主要熱交換方式熱輻射以及空氣熱對(duì)流。本文利用改進(jìn)的牛頓冷卻定律估算空冷換熱系數(shù)，換熱系數(shù)主要取決于板料溫度和尺寸，熱輻射

3、系數(shù)，空氣溫度和流動(dòng)速率。板料溫度越高，空氣流動(dòng)速度越大，換熱系數(shù)越大。
　　(2)間隙傳導(dǎo)可視為“多層材料傳導(dǎo)”和熱輻射的綜合作用。本文利用改進(jìn)的牛頓冷卻定律估算間隙換熱系數(shù)，換熱系數(shù)受空氣溫度和間隙大小影響，板料溫度越高，間隙越小，換熱系數(shù)越大。
　　(3)接觸傳導(dǎo)是界面凸起接觸點(diǎn)傳導(dǎo)、夾層空氣傳導(dǎo)和熱輻射的綜合作用，其中接觸點(diǎn)材料熱導(dǎo)是界面綜合換熱系數(shù)的最大決定因素，空氣層熱傳導(dǎo)影響較小，輻射換熱幾乎可以忽略。本文利用

4、熱平衡的數(shù)值積分形式和Beck順序估算法兩種方法估算了接觸傳導(dǎo)換熱系數(shù)，換熱系數(shù)大小取決于接觸材料的屬性和真實(shí)接觸面積兩個(gè)基本因素，其中材料屬性與溫度和相變組織有關(guān)，真實(shí)接觸面積與壓力相關(guān)。
　　(4)本文利用穩(wěn)態(tài)反算的思路估算管道對(duì)流換熱系數(shù)，管道對(duì)流換熱系數(shù)大小取決于管徑內(nèi)壁和粗糙度，以及流體介質(zhì)屬性和流速等因素。管徑越大，流速越快，換熱系數(shù)越大。
　　最后，將實(shí)驗(yàn)獲取的換熱系數(shù)帶入有限元軟件仿真計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)