热挤压技术作为金属塑性加工技术的重要手段之一,越来越被广泛应用于航空航天、军工、民用、电器等行业。在热挤压工艺得到广泛应用的同时,对模具的强度、疲劳寿命提出了较高的要求。当热挤压模具在高温、高压、局部应力集中的环境中长时间工作,极易使模具内部应力分布不均匀、断裂失效。热挤压模具的失效严重阻碍工厂的批量化生产,使得经济效益大大降低。因此,为使挤压工艺在实际生产中广泛使用,有必要对这种类型的杯形件挤压模具进行优化,提高其使用寿命。此类杯形件以前提高其模具寿命的方法有:选取优质高温合金钢作为模具材料、研究模具材料淬火和回火的热处理最合理温度区间以及模具使用工作过程的模具预热温度、润滑等进行了大量的研究,这些方法可提升挤压模具的寿命。但是当前模具的使用周期仍不能满足工厂实际需求,迫切需要寻求新思路来提高模具的使用寿命。随着有限元数值模拟技术、优化设计、传热学、热疲劳、热弹塑性等理论的不断发展,为建立热挤压实际工况的有限元数值仿真模拟提供了有力的理论指导。基于高精度有限元软件的应用,可通过数值模拟的方法得出:热挤压模具应力的分布以及估算出模具的使用寿命,为设计者优化模具提供新思路。本文以实际生产中杯形件热挤压凸模的断裂失效问题为切入点,对模具材料为H13钢的使用寿命进行了研究。通过有限元数值模拟,分析了凸模不同紧固方式和内部水冷却结构对使用寿命的影响,最后对模具疲劳寿命进行了实际验证。具体做了以下几方面的工作:(1)采用ANSYS(APDL)分别对单螺纹紧固实心凸模、组合紧固式凸模进行了静力学分析,得到等效应力最大的危险点,从而为下一步的疲劳寿命分析,提供科学依据。(2)基于软件ANSYS里的Fatigue模块对不同结构参数的凸模进行了疲劳计算。用电液伺服疲劳试验机Instron8032测试H13钢模具材料的S-N曲线数据。采用模拟和实验相结合,进行疲劳分析,增加了模具疲劳寿命估算的精确度。通过比较疲劳结果发现:采用组合式结构紧固方式的凸模比单螺纹紧固的凸模疲劳寿命长。(3)在结构优化理论、传热学等理论的支持下,通过ANSYS对凸模内部水循环冷却结构进行优化。首先通过对不同内径D、底厚H凸模的热应力强度校核,得到空心凸模的参数取值范围:实验参数是底厚H为25mm,内径D为18mm、20 mm、22 mm、24 mm、26 mm、28 mm。(4)利用CFX软件对上一步得到的不同结构参数的空心凸模进行了流体分析。模拟计算完成后,得到不同内径(D)结构凸模的温度场云图。分析发现:在空心凸模同一切面上,D(内径)分别为24mm、26mm、28mm的凸模冷却效果较好。(5)综合上述紧固结构的改进以及内部内径、底厚尺寸的优化参数范围,分别制作凸模进行生产验证其优化前后的疲劳使用寿命情况。