超高强钢热成形模具冷却系统关键技术研究

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汽车轻量化技术是减少环境污染、提升汽车燃油效率并提高汽车安全性能的有效措施。目前能够实现汽车轻量化的途径有轻量化材料、汽车结构优化和轻量化制造技术,采用高强度钢板制造的汽车车身零部件在同等质量下能够显著提高车身构建的强度和安全性能,是实现汽车轻量化最有效的方法之一。常规冷冲压生产的高强度钢板由于易产生起皱、拉裂和回弹等问题,无法满足市场对高强度钢板零部件的需求,而热成形技术作为一种新的成形技术恰好解决了高强度钢板冷冲压过程中的问题,因此成为了市场关注和研究的重点。  热成形技术是一种集成形和淬火的新型技术,由热成形技术生产的产品具有质量轻、强度大且成形精度高的特点,因而应用前景广阔。本文主要针对超高强钢热成形模具冷却系统的相关技术进行了研究,主要内容如下:  (1)分析了热成形工艺过程,对热成形过程中模具、板料和水之间的传热进行了研究,得出了各种传热形式所占比例,根据结果简化了热成形传热过程,进而求出了热成形模具冷却管道直径和流速等参数。  (2)采用正交试验方法对热成形冷却系统的冷却管道直径及其相关参数进行了模拟实验,根据模拟出的模具和板料温度场分布结果分析了模具表面温度分布的均匀性和不同实验之间冷却速度的大小,得到了最佳的冷却管道参数方案设计,最后运用极差分析了各参数的影响大小。  (3)对常规的冷却管道布局方式进行了论述,并分析了不同布局方式的优缺点,然后针对所设计的热成形模具主要零件结构进行了冷却管道布局方式的设计,最后通过有限元模拟验证了设计的合理性。  (4)根据前述章节的分析,对热成形模具温度控制系统进行了整体设计,并制定了温度控制的技术要求,然后对其硬件和软件设计进行了研究。  通过对热成形冷却系统的研究得出的主要结论是板料与模具、模具与冷却水的传热占传热总量的绝大部分;冷却管道与模具表面的距离是影响热成形冷却过程的最主要因素;热成形模具冷却管道设计适合采用平面回路式结构;温度控制系统设计难点在其硬件选型和软件控制程序设计。
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