超高強度硼鋼熱沖壓工藝及模具優(yōu)化研究.pdf

1、隨著霧霾問題、能源緊張問題日益突出，汽車輕量化成為汽車制造業(yè)的一個重要發(fā)展方向。對于汽車輕量化而言，超高強度鋼由于其強度高、硬度大的特點可以有效減小車身鋼板厚度，且超高強度鋼的應用進一步提高了車體結構的強度和抗沖擊性能。然而，該鋼板由于屈服強度和抗拉強度的提高，其沖壓成形性能下降，使用冷沖壓工藝容易導致很多成形缺陷。因此，超高強度鋼熱沖壓成形技術開始被迅速應用。超高強度鋼熱沖壓技術通過將鋼板加熱到再結晶溫度以上，并保溫一段時間實現(xiàn)完全奧

2、氏體化后，再轉移到帶有冷卻系統(tǒng)的模具中進行沖壓成形，并在模具內(nèi)保壓淬火完成馬氏體相變，從而得到超高強度鋼沖壓件。該技術有效解決了超高強鋼成形性能和強度之間的矛盾。本文以22MnB5為研究材料，以U形零件作為研究對象，對熱沖壓模具設計、熱沖壓仿真、模具冷卻系統(tǒng)優(yōu)化、模具結構拓撲優(yōu)化等進行了研究。
　　利用CATIA對U形件熱沖壓模具進行了設計，設計內(nèi)容包括模具材料的選擇、模具整體結構設計、冷卻系統(tǒng)設計以及密封裝置設計?；谠O計結果，

3、利用有限元仿真軟件ABAQUS建立熱力耦合有限元模型，對超高強度硼鋼U形件的熱成形過程和淬火過程進行了數(shù)值仿真。
　　為提高熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的冷卻能力，對其關鍵參數(shù)進行了優(yōu)化。熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的主要設計參數(shù)包括冷卻管道直徑D、相鄰管道側壁間距S、管道頂部與模具型面間的距離H、冷卻水流速V。確定這4個參數(shù)的最優(yōu)值是模具冷卻系統(tǒng)設計的重點。本文對冷卻系統(tǒng)中D、S、V、H這4個因素分別選取16個水平，建立均勻設計試驗方案，并按照試驗

4、方案進行對應的熱沖壓有限元仿真?；诰鶆蛟O計試驗的仿真結果和回歸分析方法，建立淬火結束時刻凹模最高溫度與這4個因素之間的二次型回歸模型。利用遺傳算法對該回歸模型進行最優(yōu)值求解，確定冷卻系統(tǒng)關鍵參數(shù)的最優(yōu)值，并通過有限元仿真模型驗證了該優(yōu)化結果。
　　為提高模具材料利用率、減輕模具結構重量，本文對熱沖壓模具結構進行了拓撲優(yōu)化設計。以凹模作為研究對象，以關鍵工況下凹模與板料間接觸應力作為凹模結構分析模型的壓力載荷，以最小化凹模體積作為