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基于数值模拟和3D打印的热冲压模具随形水道设计制造研究

发布时间:2019-01-07 21:01
【摘要】:针对传统热冲压模具深孔对钻冷却系统冷却不均的现象,基于热冲压过程的多场耦合传热理论,提出热冲压模具随形冷却系统设计方法。利用Star-ccm+软件对热冲压冷却淬火过程进行热流固耦合模拟。以自主研发的彩虹电动汽车B-柱模具镶块为研究对象,对传统深孔对钻和新提出多种随形设计方案进行了冷却模拟分析。根据模拟结果,比较分析了不同冷却方案的冷却效果,并提出B柱模具镶块纵向随形冷却水道的优化方案,分析了优化前、后模面温度场的变化。提出运用覆膜砂3D打印造型结合传统铸造工艺的方法,制造具有随形冷却水道的热冲压模具。通过对比五种方案发现,采用纵向随形设计的热冲压模具,与冷却最差的平行随形设计相比,模面最大温度降低47.4%,模面平均温度降低40.9%,模面温度均匀性提高1.8%。根据纵向随形水道设计流程,将水道形状和位置参数R、H、r作为优化参数,模面温度场作为优化目标,对纵向随形水道进行优化,结果显示,优化后模面最大温度下降了49.8%,模面平均温度下降了46.8%,模面温度标准偏差下降了67.5%,模面温度均匀性提高了1.9%。因此,采用随形冷却的热冲压模具,有效地提高了生产加工效率和使用寿命,改善了热冲压件的平均强度和组织与力学性能的均匀性。
[Abstract]:Aiming at the phenomenon of uneven cooling of traditional deep hole cooling system of hot stamping die, based on the theory of multi-field coupling heat transfer in hot stamping process, the design method of cooling system of hot stamping die with shape is put forward. The thermal fluid-solid coupling simulation of hot stamping cooling and quenching process was carried out by using Star-ccm software. Taking the self-developed B- column die insert of Rainbow Electric vehicle as the research object, the cooling simulation analysis was carried out on the traditional deep hole drilling and several new conformal design schemes. According to the simulation results, the cooling effects of different cooling schemes are compared and analyzed, and the optimization scheme of the longitudinal cooling channel with the shape of the B column die insert is put forward, and the change of the temperature field of the back die surface before and after the optimization is analyzed. This paper presents a method of manufacturing hot stamping die with cooling channel by using film coated sand 3D printing molding combined with traditional casting technology. By comparing the five schemes, it is found that the maximum temperature of the die surface and the average temperature of the die surface are reduced by 47.4and 40.9 respectively, compared with the worst parallel die design. The temperature uniformity of die surface is increased by 1.8%. According to the design process of longitudinal waterway, the shape and position parameters of waterway Ry Hnr are taken as the optimization parameters, and the temperature field of the mold surface is taken as the optimization objective. The results show that the longitudinal conformable waterway is optimized. After optimization, the maximum temperature of the die surface decreased by 49.8%, the average temperature of the die surface decreased by 46.8%, the standard deviation of the mold surface temperature decreased by 67.5%, and the uniformity of the mold surface temperature increased by 1.9%. Therefore, the hot stamping die with shape cooling can effectively improve the production efficiency and service life, improve the average strength of hot stamping parts and the uniformity of microstructure and mechanical properties.
【作者单位】: 大连理工大学汽车工程学院;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金重点(10932003)、国家自然科学基金(11102035)基金联合资助项目 国家工信部04重大专项(2011ZX04001-021) 中国博士后科学基金(2014M561223) 中央高校基本科研业务费专项资金(DUT14ZD224)
【分类号】:TG305

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