热成形过程热力耦合CAE分析及模具工艺优化研究

【摘要】热成形工艺是冷冲压与热处理相结合的新型冲压工艺，模具既承受机械设备施加的保压压力，又受到高温板料的加热及冷却水的冷却，造成模具温度与应力的相互关系及变化规律错综复杂。倘若模具冷却工艺不佳，极易造成模具机械性能下降，甚至热疲劳破坏。淬火工艺参数对模具冷却性能影响最为直接，研究模具冷却性能对淬火工艺参数的敏感性，能为淬火工艺参数的优化设计提供依据。本文针对热成形模具温度与应力相互关系及变化规律的复杂性，应用ABAQUS软件对超高强钢板热成形过程进行热力耦合数值模拟，分析发现：凹凸模圆角与板料接触最早且接触时间最长，模具圆角处产生热应力集中；模具温度在淬火初期达到最大值，随着淬火的进行，模具温度冷却速度逐渐减小；模具热应力在2.5s内改变325Mpa，热应力较高的变化频率及过大的变化幅值，极易造成模具热疲劳；模具温度及热应力曲线对比表明，温差是产生热应力的原因，模具热应力随着温度波动变化；无热传递条件下进行模具机械应力分析，测量得到模具应力、热应力、机械应力比例为：11.25:10.31:1，由此可知：模具应力中热应力比重较大。为了研究淬火工艺参数对模具冷却性能的影响，借助MPCCI耦合ABAQUS和FLUENT软件，对热成形淬火阶段进行热流固耦合数值模拟，分析模具冷却性能对淬火工艺参数的敏感性。结果表明，增加保压压力虽然造成模具高温滞留时间延长，但能提高模具的冷却速度；低温、高速冷却水对模具淬火过程最高温影响小，但可有效减少模具高温滞留时间，提高模具冷却速度，降低模具淬火后温度；增加淬火时间可有效降低模具淬火后温度，但随着淬火时间的延长，模具冷却能力增长减缓；模具冷却性能对保压压力最敏感，增加保压压力可有效提高模具冷却性能，同时合理降低冷却水温度，增加冷却水流速，适当延长淬火时间有助于增强模具冷却能力。
【作者】何全福；
【导师】谢晖；陈惠滨；
【作者基本信息】湖南大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】高强度钢板；热成形；数值模拟；多场耦合；冷却性能；

【参考文献】
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