基于H1F-60伺服压机的热成形系统设计及工艺控制

发布时间：2017-08-27 03:00

  本文关键词：基于H1F-60伺服压机的热成形系统设计及工艺控制

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【摘要】：热冲压成形技术被视为实现材料轻量化的重要加工方法。作为一种与时俱进的材料成型手段,这种方法大大扩展了高强度及超高强度钢在汽车领域的应用范围,具有广阔的前景和巨大的应用潜力。因此设计出新型实用的热成形模具系统,对热成形技术的应用进行了研究。目前,有关热成形模具设计方面的研究较多,但多数将重点放在冷却系统的研究方面,对于新型加热方式的研究很少见。传统加热方式存在很多弊端,本课题依据实验室现有KOMATSU H1F-60伺服压力机和正装拉深试验通用模架,对压边板和凹模内部进行改装设计,将电磁感应加热技术应用到冲压的模内加热,该技术对温度的控制比模外电炉加热更为精确。为了提高设计效率,本课题在设计之初利用ANSYS对坯料及模架在冲压过程中的热平衡进行了数值模拟。然后,在伺服压机板料成形性能测试系统中构建了热成形系统,并利用该系统对22Mn B5进行了板料拉深实验。利用ANSYS-Icepack对板料冲压成形的模内加热温度场进行模拟分析,并以此基础做出实物并调试对比模拟状况。结果显示:对于该模架,上下模1000W的热源同时加热时,加热组块最高温度可达近400℃,中间板材可加热到300℃以上,10分钟之后散热和加热接近平衡;冲压模内磁感应线圈加热所导致的模具模板间的膨胀变形,不会导致模具导柱导套间的导向干涉;按该模型设计的实际加热系统的温度分布与模拟预测基本接近。利用该系统进行厚度为0.8mm、直径为100mm的22Mn B5的冷热拉深对比研究,研究发现在冲压速度为454.8mm/s、压边力为60KN时,坯料在冷冲压状态下全部破裂,当温度升高到350℃时,可完全拉深成形。证明了提高一定的温度有利于高强钢拉深性能的改善,同时证明了该系统的可行性。该新型热成形系统—电磁感应模内加热成形系统,在提高设备利用率的同时,为提高高强钢和难成形板料的成形质量提供了一种新的思路。本研究对模内加热模块的设计进行了模拟与初步的试验,将有助于模内加热方案在板料热成形技术方面的研究与发展。
【关键词】：热成形 数值模拟 模具设计 感应加热 温度控制系统
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG305
【目录】：

• 摘要6-8
• abstract8-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 热冲压成形技术13-15
• 1.3 国内外热冲压技术的发展现状15-18
• 1.3.1 高强度钢板的应用介绍15-16
• 1.3.2 国内外研究现状16-18
• 1.4 课题来源及主要内容18-20
• 1.4.1 课题来源及研究意义18
• 1.4.2 本文的主要研究内容18-20
• 第二章 热成形模具系统设计方案简介20-28
• 2.1 伺服压力机介绍20-22
• 2.1.1 基于伺服压机的金属板料冲压成形性能试验系统简介20-21
• 2.1.2 模架的结构及其工作原理21-22
• 2.2 冲压热成形模具加热方案的确定22-26
• 2.2.1 加热区域的确定22-24
• 2.2.2 加热方式确定24-26
• 2.2.3 加热方案的确定26
• 2.3 热成形模具冷却方案的确定26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 基于ANSYS的板料成形系统模内加热模块热分析28-38
• 3.1 传热基本原理28-30
• 3.1.1 热传导28-29
• 3.1.2 热对流29
• 3.1.3 热辐射29-30
• 3.2 热冲压过程的传热方式30
• 3.3 模型的建立及求解30-36
• 3.3.1 ANSYS-Icepack模型介绍30-31
• 3.3.2 模型的建立与设置31-32
• 3.3.3 模型的求解及分析32-36
• 3.4 模型的评价36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 热成形系统加热组块设计38-60
• 4.1 热成形系统加热组块结构设计38-39
• 4.2 热成形系统加热组块压边镶块的设计及校核39-45
• 4.2.1 压边镶块的设计40
• 4.2.2 压边镶块材料的选用40-41
• 4.2.3 压边镶块的力学和热模拟分析41-45
• 4.3 热冲压成形系统加热线圈的设计45
• 4.4 隔热方案设计45-53
• 4.4.1 外圈与压边板之间的隔热的方案及尺寸设计46-49
• 4.4.2 外圈的设计及力学模拟分析49-53
• 4.4.3 压边镶块与线圈之间的隔热53
• 4.5 冷却方案设计53-55
• 4.5.1 风冷方案及结构设计54-55
• 4.5.2 风冷方案的补充设计55
• 4.6 隔磁装置设计55-58
• 4.6.1 隔磁材料的选用55-56
• 4.6.2 内圈的隔磁设计56-58
• 4.7 凹模结构的设计58-59
• 4.8 本章小结59-60
• 第五章 22MnB5 钢热成形拉深工艺研究60-66
• 5.1 热成形系统调试结果介绍60-61
• 5.2 温度对 22MnB5 拉深性能的影响61-65
• 5.2.1 22MnB5 材料介绍及热拉伸实验及分析61-62
• 5.2.2 22MnB5 冷热冲压对比实验及分析62-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 主要结论66
• 6.2 研究展望66-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

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本文编号：744023