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高强度钢以其质量轻、强度高和耐疲劳等优点,被广泛的应用于汽车制造领域。然而由于板料强度的大幅提高,其延伸率降低,成形性能差,在常温下难以成形。高强度钢热成形技术可以有效地解决上述问题,此技术是将高温下的板料在模具中同时完成冲压成形和冷却淬火,所以模具结构更加复杂。这一过程中,温度是影响零件成形质量的关键因素。因此,本文针对高强度钢热成形中所发生的热量传递进行了深入研究,并设计了热成形模具和温度控制系统,主要内容如下:
1)介绍了板料成形数值模拟的基本理论,概述了高强度钢热成形过程中所涉及到的传热原理,阐述了传热问题的有限元求解及热力耦合分析技术,为高强度钢热成形热力耦合有限元分析提供了理论基础。
2)分析了高强度钢在热成形过程中与模具之间进行的热量传递,推导了板料在送料阶段、成形阶段和保压淬火阶段中与模具之间的传热系数,确定了板料与模具之间进行热量传递的主要方式以及主要影响因素。
3)分析了在保压淬火阶段中冷却水与模具之间的对流换热,推导了冷却水与模具之间的传热系数,得出了冷却水与模具之间进行热量传递的主要影响因素。
4)运用ABAQUS软件建立了高强度钢热成形热力耦合有限元模型,对高强度钢热成形过程进行了仿真,得到了模具温度随时间变化规律,研究了冷却水流速和冷却管道孔径等工艺参数对模具温度的影响。
5)以典型的盒形件为例,针对热成形模具的特殊要求,确定了热成形模具的关键尺寸,设计了模具结构,确定了温度传感器在模具中的安装位置,提出了温度控制系统的控制方案,最后对高强度钢热成形模具和温度控制系统进行了制造。