超高强度钢板热成形模具冷却水道结构及强度数值模拟研究

发布时间：2017-09-13 17:21

  本文关键词：超高强度钢板热成形模具冷却水道结构及强度数值模拟研究

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【摘要】：热冲压成形技术是将板材加热到奥氏体化温度,经过一段时间保温实现完全奥氏体化,在成形的同时进行淬火获得马氏体组织,使得低屈服强度的钢板转化成超高强度的零件。通过以上定义可知热冲压模具需要实现两项任务:第一,成形高温板材;第二,对板材进行淬火使其发生充分的马氏体组织转变。要使高温奥氏体化的板材进行淬火冷却而获得马氏体组织,模具内是否设计冷却水道非常关键,若设计冷却水道这又必然会降低模具的机械强度,模具要能正常服役成形高温板材并保压,其必须满足一定的机械强度。因此对热冲压模具进行冷却水道结构及模具强度分析具有重要的现实意义。本文以BR1500HS超高强度钢板曲底槽型件热冲压模具为研究载体。首先使用ABAQUS建立流-固耦合数值模型,分析了模具冷却水道结构参数对淬火过程中温度场的影响,得出在不考虑生产效率的小批量生产过程中,热冲压模具可以不设计冷却水道;在连续大批量热冲压生产中,热冲压模具必须设计冷却水道。接着使用DEFORM建立模具强度分析数值模型,研究了模具冷却水道结构参数对模具强度的影响,得出了在进行热冲压模具设计时应优先考虑水道直径和水道中心距模具表面距离对模具强度的影响;为保证模具强度冷却水道直径应小于等于8mm以及冷却水道到模具表面最小实体厚度与相邻冷却水道之间最小实体厚度应尽可能相当。使用ABAQUS建立热应力数值模型,分析模具在不同温度条件下的热应力,得出模具的热应力主要集中分布在模具底部冷却水道周围;在选用H13钢为热冲压模具材料时,模具最高温度应小于等于650℃。最后总结了热冲压模具设计原则,根据该原则对曲底槽型件进行热冲压模具设计并进行实验验证,对实验结果与模具工作过程中受力情况进行分析,得出所设计的模具其强度是符合设计要求的,但模具分块方式不合理;该曲底槽型件凸模在宽度方向上不适合进行分块设计而在长度方向上可进行分块设计;该曲底槽型件凹模在长度方向与宽度方向都不适合进行分块设计,因而凹模可通过设计成整体式或避免在拉应力较大面进行分块,从而改善其强度提高模具使用寿命。
【关键词】：模具强度 数值模拟 模具结构优化 热冲压模具
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG305
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1.绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 高强钢板热冲压技术国内外发展现状11-15
• 1.3 ABAQUS算法介绍15-16
• 1.4 课题背景及意义16
• 1.5 课题主要研究内容和技术路线16-20
• 1.5.1 研究内容16-17
• 1.5.2 技术路线17-20
• 2.强度理论基础20-30
• 2.1 经典强度理论20-23
• 2.1.1 最大拉应力理论20-21
• 2.1.2 最大伸长线应变理论21
• 2.1.3 最大切应力理论21-22
• 2.1.4 形状改变比能理论22-23
• 2.2 近代强度理论23-30
• 2.2.1 单剪强度理论23-26
• 2.2.2 双剪强度理论26-27
• 2.2.3 统一强度理论27-30
• 3.冷却水道结构对保压淬火过程中温度场影响分析30-48
• 3.1 模型建立30-33
• 3.1.1 三维模型的建立30-31
• 3.1.2 有限元模型建立31-33
• 3.2 正交试验及其结果分析33-42
• 3.2.1 实验方案的设计33-34
• 3.2.2 制件温度场分析34-37
• 3.2.3 凸模温度场分析37-39
• 3.2.4 凹模温度场分析39-41
• 3.2.5 冷却水温度场分析41-42
• 3.3 实验验证与分析42-46
• 3.4 本章小结46-48
• 4.热冲压成形模具强度分析48-66
• 4.1 实验方案与模型建立48-51
• 4.1.1 H13热作模具钢介绍48-49
• 4.1.2 实验方案与有限元模型的建立49-51
• 4.2 模具强度正交试验分析51-55
• 4.2.1 实验方案的设计51-52
• 4.2.2 模具Damage值分析52-55
• 4.3 模具应力应变分析55-60
• 4.3.1 凸模应力应变分析55-57
• 4.3.2 凹模应力应变分析57-60
• 4.4 显著的冷却水道结构参数对模具强度的影响60-63
• 4.4.1 冷却水道直径对模具强度的影响60-61
• 4.4.2 冷却水道中心距模具表面距离对模具强度的影响61-63
• 4.5 本章小结63-66
• 5.热冲压成形模具热应力分析66-70
• 5.1 模型的建立66-67
• 5.2 凸模热应力分析67-68
• 5.3 凹模热应力分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 6.物理实验与模具寿命改善70-82
• 6.1 热冲压模具设计原则总结与模具设计70-73
• 6.2 物理实验73-76
• 6.3 模具寿命改善76-81
• 6.3.1 模具成形过程中受力分析76-80
• 6.3.2 模具寿命改善方案80-81
• 6.4 本章小结81-82
• 7.结论与展望82-84
• 7.1 结论82-83
• 7.2 展望83-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-90
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果90-91

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本文编号：845015