高強(qiáng)度鋼板熱沖壓過(guò)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(diǎn)是將板料在高溫下沖壓成形，并利用模具實(shí)現(xiàn)對(duì)成形工件的淬火處理。在熱沖壓工藝中，沖壓過(guò)程板料處于奧氏體化溫度以上，這將顯著降低高強(qiáng)度鋼對(duì)成形力的要求，提升單工序成形能力。沖壓前，高溫板料進(jìn)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(shí)間，對(duì)成形零件進(jìn)行快速冷卻淬火，提升淬后零件的力學(xué)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(duì)高強(qiáng)度鋼成形時(shí)極易出現(xiàn)的斷裂、回彈

2、、變形抗力大等工藝問(wèn)題，顯著改善高強(qiáng)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(fù)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?cái)U(kuò)展了高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用范圍，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)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(chǎng)控制、冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料模型的建立及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究等方面對(duì)熱沖壓成形工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 針對(duì)硼鋼材

3、料的淬后性能，利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，研究了淬后工件力學(xué)性能和微觀組織形態(tài)，通過(guò)對(duì)比分析不同加熱溫度、不同保溫時(shí)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(qiáng)度、硬度、微觀組織形態(tài)等性能指標(biāo)，研究揭示了相關(guān)工藝參數(shù)對(duì)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(guò)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(guò)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(chǎng)的分布形態(tài)和歷史演變規(guī)律，并提出了需要重點(diǎn)關(guān)注的模具主要換熱通道;建立了熱沖壓工藝實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，制定了合理的實(shí)驗(yàn)?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(gè)溫度場(chǎng)考量指標(biāo)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了工藝過(guò)程中模具溫度場(chǎng)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(duì)模具溫度場(chǎng)考量指標(biāo)的影響規(guī)律;將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)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(duì)冷卻效率、溫度場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)差和模具上最大等效應(yīng)力的響應(yīng)曲面模型;通過(guò)變異數(shù)分析和隨機(jī)試驗(yàn)，驗(yàn)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(jì)策略，基于所建立的響應(yīng)曲面計(jì)算模型，分別建立了相關(guān)優(yōu)化模型，利用自主開(kāi)發(fā)的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序?qū)?/p>

6、目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)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(jì)方案進(jìn)行對(duì)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(shí)驗(yàn)測(cè)試，自主構(gòu)建了熱—力—組織三場(chǎng)耦合的材料模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱沖壓工藝溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)和相變過(guò)程的耦合分析;根據(jù)熱沖壓工藝特點(diǎn)，建立了U型件熱沖壓工藝過(guò)程的數(shù)值模擬模型，利用自行開(kāi)發(fā)的材料模型，研究了成形溫度對(duì)板料厚度、回彈變形、殘余應(yīng)力場(chǎng)及相變過(guò)程的影響規(guī)律，建立了相關(guān)成形零件工藝指標(biāo)隨工