热冲压成形模具冷却系统的研究

发布时间：2017-08-08 21:22

  本文关键词：热冲压成形模具冷却系统的研究

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【摘要】：冷却系统是热冲压成形模具设计的核心和难点问题，冷却系统的开设强化了热成形板料在淬火过程中的换热，对提高模具的冷却性能、保证产品质量有至关重要的作用。典型的热成形模具冷却系统由导流槽和冷却管道两部分构成，目前对于热成形冷却系统的研究主要集中于冷却管道直径、冷却管道侧壁间距及冷却管道与模面距离等参数，而对冷却系统导流槽有关参数以及冷却管道形状、排布方式的相关研究较少，，导致热成形模具冷却系统的设计缺乏理论依据。 本文利用Gambit建模软件建立了热成形模具冷却系统的有限元模型并应用FLUENT流体模拟仿真软件对影响冷却系统水流流动的各因素进行数值模拟分析。 首先，通过模拟计算分析冷却系统的导流槽各因素对水流流动的影响：确定采用沿导流槽宽度方向的入水方式以得到更均匀的水速分布；确定导流槽入水口与冷却管道中心距S最优值为20mm；导流槽入水口直径的选择需综合分析模具冷却性能以及模具的强度等因素；分别确定了导流槽的长、宽、高的合理尺寸为L=90mm、W=25mm、H=50mm；对比分槽式/全槽式冷却系统并计算最佳的分槽深与主槽深之比为7:5。 其次，研究了几种典型的冷却管道形状和排布方式对水流流动的影响：冷却水在流经弯管或冷却通道面积突变的截面时，流动状态发生突变，产生阻碍流体流动的二次流，在突变处产生局部损失；而对于弯角类结构件的热成形模具，增大低流量冷却管道的直径（8mm增大至10mm）可以有效提高冷却水流量的均匀性。 最后，设计了典型的U型件热成形模具，并对模具多周期连续生产情况下的冷却效果进行了模拟。同时，根据水流速度对传热系数的影响，提出了热平衡水速的概念，并确定在本文的研究条件下的热平衡水速为7m/s。最后进行了U型件热成形的工艺试验，得到的制件成形质量良好，各典型位置均发生了较完全的马氏体转变且侧壁的马氏体板条宽度大于底部和翼边；底部、翼边和侧壁的显微硬度分别为483.2HV、485.0HV、473.2HV。
【关键词】：超高强度钢 热成形 冷却系统 数值模拟 模具设计
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG305
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 热冲压成形技术12-16
• 1.2.1 热冲压成形关键设备13-15
• 1.2.2 热冲压成形原理与工艺过程15-16
• 1.3 国内外研究现状16-20
• 1.3.1 热成形钢材的发展及现状17-18
• 1.3.2 热成形工艺技术的发展18
• 1.3.3 热成形模具冷却系统的研究18-19
• 1.3.4 热成形数值模拟的发展19-20
• 1.4 选题目的及意义20-21
• 1.5 本文主要研究内容21-23
• 第2章 流体流动与传热基本理论23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 流体流动基本理论23-30
• 2.2.1 流体分类23-24
• 2.2.2 牛顿内摩擦定律24-25
• 2.2.3 流体流动状态25-26
• 2.2.4 边界层理论26-27
• 2.2.5 流体控制方程27-29
• 2.2.6 流体流动的阻力29-30
• 2.3 传热原理30-32
• 2.3.1 热传导30-31
• 2.3.2 热对流31
• 2.3.3 热辐射31-32
• 2.4 计算流体力学理论32-37
• 2.4.1 计算求解过程32-33
• 2.4.2 湍流模型33-34
• 2.4.3 离散格式34
• 2.4.4 流体计算迭代算法34-37
• 第3章 热成形模具冷却系统导流槽关键参数研究37-65
• 3.1 引言37
• 3.2 几何模型37-39
• 3.3 入水方式对水流流动的影响39-42
• 3.4 导流槽入水口位置对水流流动的影响42-45
• 3.5 导流槽入水口尺寸对水流流动的影响45-48
• 3.6 导流槽尺寸对水流流动的影响48-57
• 3.6.1 导流槽宽度对水流流动的影响48-52
• 3.6.2 导流槽高度对水流流动的影响52-54
• 3.6.3 导流槽长度对水流流动的影响54-57
• 3.7 开槽方式对水流流动的影响57-62
• 3.7.1 不同导流槽开槽方式下的水流流动58-60
• 3.7.2 分槽深与主槽深之比对水流流动的影响60-62
• 3.8 本章小结62-65
• 第4章 热成形模具冷却管道形状和排布方式的研究65-77
• 4.1 引言65
• 4.2 弯管对水流流动的影响65-69
• 4.3 冷却通道截面面积突变对水流流动的影响69-72
• 4.4 弯角件热成形模具冷却管道排布对水流流动的影响72-75
• 4.5 本章小结75-77
• 第5章 U 型件热成形模具的设计及冷却性能分析77-101
• 5.1 引言77
• 5.2 U 型件热成形模具设计77-82
• 5.2.1 U 型件模型77-78
• 5.2.2 U 型件热成形模具的结构78-79
• 5.2.3 U 型件热成形模具的冷却系统79
• 5.2.4 模具材料的选择79-80
• 5.2.5 热成形模具的密封方式80-82
• 5.3 U 型件热成形模具冷却效果的模拟分析82-89
• 5.3.1 单生产周期模具冷却效果数值模拟82-86
• 5.3.2 多生产周期模具冷却效果数值模拟86-89
• 5.4 热平衡水速模拟分析89-93
• 5.5 U 型件热冲压成形工艺试验93-98
• 5.5.1 试验方法93-94
• 5.5.2 试验仪器与设备94-96
• 5.5.3 U 型件热成形试验结果96-98
• 5.6 本章小结98-101
• 第6章 结论101-103
• 参考文献103-109
• 致谢109

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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3 徐虹;孟佳;谷诤巍;崔波;;22MnB5钢热冲压高温防氧化涂层[J];汽车技术;2011年12期

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本文编号：642127