低成本高效冷却新型热冲压模具技术研究.pdfVIP

中文摘要 摘 要 热冲压模具是热冲压成形技术的关键装备，传统热冲压模具的冷却水道通常 为直线型水道，对于具有复杂模具型面的热冲压模具，冷却水道距模具型面距离 不一致，很难达到对模具和板料高效均匀冷却的要求，使板料在模内保压淬火时 间增加，造成零件生产效率下降。另一方面，采用均质材料制造模具以满足热冲 压模具表面性能，相对于热冲压模具的大部分位置，特别是冷却水道以下位置而 言，模具性能过剩，造成昂贵材料的浪费，增加了热冲压模具的制造成本。而且， 由均质材料制造的热冲压模具，随形冷却水道加工困难，也使热冲压模具的制造 成本上升。 为此，本文提出了一种针对热冲压模具的新型模具结构。该新型模具结构从 模具材料和模具结构两方面出发，通过采用高热导率中间层材料以及随形冷却水 道结构来提高模具对板料的冷却效率。即采用调质45 钢为基体，依次焊接增材制 造中间层、表面层。相对于传统热冲压模具，该方法实现了热冲压模具材料性能 的 “按需分配”，即表面层承受严峻的工况；高热导率中间层提高热冲压模具的 整体热导率；基体材料满足基本工作要求的同时，减少昂贵模具材料的使用。本 文主要研究内容如下： ① 本文通过实验研究了以调质45 钢为基体的新型模具相关材料性能，主要 包括：两种高热导率中间层材料、两种表面层材料以及六个界面的常温和高温力 学性能；两种高热导率中间层材料和两种表面层材料的热导率、膨胀系数等材料 性能。对比分析预选中间层材料和表面层材料的性能特点，优选铬锆铜合金作为 高热导率中间层材料、铁基合金作为表面层材料。 ② 通过参考某型汽车后纵梁零件及其传统热冲压模具的特点，设计新型热冲 压模具结构，以传统模具的保压时间10.0s 为参照，利用软件Abaqus 对新型热冲 压模具进行数值模拟，获得了新型热冲压模具的保压时间为7.5s，并分别对传统模 具和新型模具进行连续热冲压成形分析，获得传统模具和新型模具达到动态平衡 的热冲压次数分别为4 次和5 次。 ③ 针对新型热冲压模具结构的动态平衡状态，研究了新型热冲压模具在热冲 压过程中的应力场分布情况。将所得应力场分布情况与实验测试得到的对应材料 在相应温度范围内的最小屈服应力进行对比，证明所选调质 45 钢 （基体），铬锆 铜合金 （中间层）和铁基合金 （表面层）能够满足新型模具结构的使用要求，可 以实现模具材料性能随模具结构“按需分配”的设计初衷。 ④ 针对传统模具和新型模具热冲压动态平衡状态，对比了两种模具结构的温 I 重庆大学硕士学位论文 度场随时间的变化情况。相对于传统模具而言，板料在新型模具中的马氏体相变 温度区域内的冷却速度由59℃/s 提高到77℃/s ，冷却速度提高约31%，且新型模 具的保压时间比传统模具缩短25%，使整个冲压过程时间缩短14.7% 。 关键词：新型热冲压模具；数值模拟；高热导率中间层；随形冷却水道 II 英文摘要 Abstract Hot stamping technology for ultra-high strength steel is widely used in automotive industry. Hot stamping tool is the key equipment of hot stamping technology. The cooling channel of traditional hot stamping die is usually linear. For hot stamping die with complex die surface, the distance between cooling channel and die surface is not uniform. It is difficult to meet the requirement of efficient and uni