热冲压模具随形冷却水道优化设计

为了提高热冲压模具冷却均匀性,提出对热冲压模具水道进行随形设计优化。利用Abaqus对保压淬火过程中模面温度场进行有限元分析,总结水道设计缺陷对模面温度分布的不良影响。利用I-sight,以水道中心在偏置线上的比率、水道半径和水道中心与模面的距离为优化变量,以模面最高温度、平均温度和温度均匀性为优化目标,优化后模面最高温度下降52.6%,平均温度下降36.8%,温度均匀性提高86.6%,冷却效率显著提高。同时热流加载和板料温度加载模拟优化前后的结果对比一致,证明热流加载代替板料温度加载进行优化分析可行。

基于数值模拟和3D打印的热冲压模具随形水道设计制造研究

针对传统热冲压模具深孔对钻冷却系统冷却不均的现象,基于热冲压过程的多场耦合传热理论,提出热冲压模具随形冷却系统设计方法。利用Star-ccm+软件对热冲压冷却淬火过程进行热流固耦合模拟。以自主研发的彩虹电动汽车B-柱模具镶块为研究对象,对传统深孔对钻和新提出多种随形设计方案进行了冷却模拟分析。根据模拟结果,比较分析了不同冷却方案的冷却效果,并提出B柱模具镶块纵向随形冷却水道的优化方案,分析了优化前、后模面温度场的变化。提出运用覆膜砂3D打印造型结合传统铸造工艺的方法,制造具有随形冷却水道的热冲压模具。通过对比五种方案发现,采用纵向随形设计的热冲压模具,与冷却最差的平行随形设计相比,模面最大温度降低47.4%,模面平均温度降低40.9%,模面温度均匀性提高1.8%。根据纵向随形水道设计流程,将水道形状和位置参数R、H、r作为优化参数,模面温度场作为优化目标,对纵向随形水道进行优化,结果显示,优化后模面最大温度下降了49.8%,模面平均温度下降了46.8%,模面温度标准偏差下降了67.5%,模面温度均匀性提高了1.9%。因此,采用随形冷却的热冲压模具,有效地提高了生产加工效率和使用寿命,改善了热冲压件的平均强度和组织与力学性能的均匀性。

热冲压模具冷却水道FEM-CFD耦合优化研究

基于FEM-CFD耦合优化方法对某车型B柱进行了连续热冲压数值模拟,获得了热冲压模具冷却水道优化设计方案并研究了热冲压设计参数对模具冷却性能的影响规律。结果表明:水道换热系数h c和水道与模面距离H能显著地影响冷却系统性能和模具温度分布。在设计冷却水道时通过引入水道换热系数h c对H、D(水道间距)、R(水道半径)参数进行了集成优化。该方法对热冲压模具冷却系统的设计具有重要意义。

防撞梁热冲压模具冷却系统的数值分析及优化

以防撞梁热冲压模具冷却系统作为研究对象,依据对流传热及流体原理,结合边界层理论对冷却系统传热进行分析,提出冷却系统设计方案,利用Fluent软件模拟模具冷却效果,优化冷却系统直至模拟结果满足要求并通过试验加以验证。结果表明在模具设计中,管道半径R越大,管道侧壁间距L、管道顶部至模面的垂直距离H越小,板料冷却速率越大,其中H对于模具冷却速率的影响较大,L对于最大温差影响较大。通过对R、L、H的选择与局部调整使板料在均匀冷却的前提下完成马氏体转变。此外,冷却系统的设计还需保证模具的结构强度以及长期工作中能够保持热稳定性。

国产热冲压模具钢高温性能研究

通过SEM、TEM等检测手段对比研究高强钢板热冲压用4种热作模具材料的力学性能和热物理性能。结果表明:SDCM和DIEVAR钢在抗回火软化性能、热稳定性、热疲劳性能表现优于H13和CR7V;SDCM和DIEVAR的热扩散系数和热导率明显大于H13和CR7V钢;SDCM和DIEVAR的热物理性能优于CR7V和H13钢,更适合热冲压模具的工况要求;SDCM优秀的性能源于其良好的合金化设计,在保证Mn、Si含量低的同时提高Mo、V含量,降低Cr含量。

新型热冲压模具的研发和试验研究

建立了热冲压过程中模具和板料传热数学模型。综合考虑模具加工中热交变载荷和热传导等因素,合理选取了模具材料。根据奥氏体材料不同冷速产生的微观组织不同,开发出一种新型热冲压分区模具。采用感应加热线圈进行加热。利用该模具进行了热冲压试验。结果表明：该新型模具升温速度快,升温至400℃只需5 s,且可任意调整热冲压件高温区的形状。热冲压件的高温区基本转化为贝氏体组织,硬度为265HV;过渡区转化为马氏体、贝氏体和铁素体多相混合组织,硬度为341HV;低温区转化为板条状马氏体组织,硬度为492HV。

热冲压模具冷却系统的设计及模拟分析

以某汽车B柱热冲压模具的冷却系统设计为例,先对管路布置、管径选择、管道位置参数和数目进行了初步设计;然后基于ABAQUS软件对模具进行了热模拟。模拟结果分析得出:板料冷却速度达到128℃/s,在400℃左右发生了马氏体相变;同时板料冷却十分均匀,平均温差几乎都在10℃以内。证明冷却管道的设计符合设计要求,为热冲压模具的设计提供依据。

热冲压模具钢SDCM高温摩擦磨损性能

为了研究新型热冲压模具材料SDCM钢的高温摩擦磨损性能,对比国外优质热作模具材料CR7V钢,利用扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）,X射线衍射分析（XRD）,UMT-3型高温摩擦磨损试验机以及Bruker白光轮廓仪等手段研究了新型热冲压模具钢SDCM热处理后组织状态、抗氧化性能以及不同温度高温摩擦磨损后磨痕形貌、截面形貌、表面物相.结果表明：不同温度下SDCM钢磨损机制差异明显,100℃时,材料主要为黏着磨损,经过300℃、500℃轻微氧化磨损与黏着磨损共存的阶段后,700℃时,磨损机制转变为氧化磨损;在100～400℃范围内,CR7V由于含有更多的M23C6型和M7C3型碳化物（分别占总碳化物的3.4%和12.7%）,因而具有较高的耐磨性;500～700℃范围内,SDCM因具有更高的抗回火软化能力;同时Cr元素含量较少,抗氧化能力较弱,能够及时形成摩擦氧化层,作为＂润滑剂＂,提高材料的耐磨性.

两种热冲压模具用钢的抗拉毛性能

诸多汽车零部件制造商通过表面处理缓解零部件的热冲压拉毛问题,但该处理将提高生产成本。为此,本研究从模具材料合金化配比出发,通过实验和理论研究,初步判断热冲压模具抗拉毛性能与模具材料抵抗塑性变形的能力有关,为验证该猜想,采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪、应力仪、显微维氏硬度计等手段分析了两种模具材料(SDCM钢和SDHS2钢)回火态的碳化物类型、碳化物分布、位错密度、喷丸后的截面残余应力梯度和显微硬度梯度。结果表明:与SDHS2钢相比,抗拉毛性能较优的SDCM钢的屈服强度较高,其在相同的外加应力下,具备更强的塑性变形抗力,变形软化层较浅。此外,热处理后SDCM钢和SDHS2钢中均以钒系碳化物为主,其中高碳高钒低铬的SDCM钢中碳化物的体积分数和位错密度较大,使其具有较高的析出强化和位错强化效果,提高了材料的屈服强度。

汽车热冲压模具的数字化铸造技术

针对汽车热冲压模具这类具有复杂内腔结构的铸件提出一种数字化铸造技术路线。利用铸造模拟技术进行铸造方案设计;利用3D打印技术完成砂型(芯)的制造;将得到的砂型(芯)各部分组合后进行浇注得到模具铸坯;利用三维扫描技术对各个环节的产品进行精度检测。按照此工艺路线可以对铸造的各个环节进行数字化的控制及调节,从而得到合格的模具铸坯。

热冲压模具钢发展现状与趋势

介绍了国内外热冲压模具钢的主要产品和市场现状,简述了热冲压模具钢的性能要求、失效形式和合金化特点。通过对近年来国内外热冲压模具钢研究现状和发展动态的阐述,预测热冲压模具钢未来研究的方向和发展趋势。

热冲压模具钢激光熔覆Stellite6钴基粉末的工艺研究

利用激光熔覆技术改善热冲压模具的表面性能,在H13热作模具钢表面熔覆Stellite6钴基合金粉末,进行一定范围内的梯度数值的工艺参数单道和多道熔覆工艺研究。研究了工艺参数对钴基熔覆层的高度、宽度、熔深和稀释率的影响。采用金相显微观察、硬度测试和XRD检测分析方法,研究了Stellite6钴基合金熔覆层的组织、硬度和物相组成。结果表明:在激光输出功率1200 W、扫描速度500 mm/min、送粉速率12 g/min、搭接率40%的激光熔覆工艺下,可得到理想几何形貌、组织细化、硬度较高的熔覆层。熔覆层主要物相是γ-Co和高硬度硬化碳化物组成,显微硬度较基体有了较大提高,表明激光熔覆Stellite6合金能有效改善H13钢的表面性能。

热冲压模具钢组织和性能研究

采用金相显微镜、X线衍射(XRD)对不同热处理工艺的热冲压模具钢组织进行观察和分析,比较冲击韧性、硬度以及摩擦磨损性等性能,得到热冲压模具钢最优热处理工艺.研究表明:经过不同温度的热处理后,热冲压模具钢组织为回火马氏体和少量碳化物等,经过1 050℃淬火,560、585和560℃回火后模具钢的晶粒较细,提高了钢的整体强韧性,使其冲击韧性的平均值达到11.97 J/cm2,高于另外两种热处理工艺;经过1 030℃淬火,560、600和560℃回火后模具钢的平均维氏硬度(HV)为537.23;经过1 020℃淬火,560、600和560℃回火后模具钢的摩擦因数最小,耐磨性最好.DEFORM-3D软件模拟十字件拉深过程中,上模底端的圆角处以及底端圆角与侧棱交汇处的弧形曲面更容易发生磨损,下模上表面以及上端圆角与侧棱交汇处的弧形曲面更容易发生磨损.

1.2344热冲压模具钢性能研究及失效分析

对1.2344热冲压模具钢失效前后组织性能进行研究.通过金相显微镜、X线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对热冲压模具钢的组织进行观察和分析,并测试硬度、摩擦磨损、冲击韧性等性能,分析1.2344热冲压模具钢的组织性能特点和失效原因.利用Thermo-Calc软件进行热力学分析,得出1.2344热冲压模具钢硬度高、韧性较低及引起失效的原因主要是碳化物分布不均匀.

热冲压模具冷却水道随形分布算法及实现

在热冲压生产中,模具的冷却和冲压件质量密切相关,冷却效果越好,冲压件的随形冷却水道冷却效率越高、模面温度均匀性越好。冷却水道的设计需要考虑水道的分布间距及其随形程度,有较高的设计难度。因此,基于NXOPEN二次开发技术,在NX8.5平台上开发了一套热冲压模具随形冷却水道设计系统。采用线性近似约束优化算法优化水道起点和终点位置,保证了水道分布的均匀性;采用离散点集凸包算法及角度扫描拟合方法,计算出适合深钻加工的随形水道走向,并自动完成水道的绘制,大大地缩短了人工水道设计的时间,提高了效率。

B柱热冲压模具镶块开裂分析

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等表征了材料的失效特征以及裂纹附近材料与基体材料的组织结构与性能等。结果表明:镶块发生开裂的主要原因是V系碳化物在晶界处的偏聚或形成了链状碳化物,导致其冲击韧性偏低。

基于仿真和试验的U形件热冲压模具冷却系统的验证

以22MnB5热成形钢为材料,基于类B柱零件U形件,研究热冲压模具冷却系统设计制造、工艺试验以及性能验证。基于传统经验公式,计算得到冷却水道尺寸以及相对位置等重要设计参数,并制造出热冲压模具;建立共轭传热仿真模型,实现U形件在设计模具内保压淬火过程的数值模拟,保压10 s后模具表面和成形件表面最高温度出现在侧壁,最高温度为388 K。利用开发的热冲压模具,开展U形件冷冲压后保压淬火试验,用热电偶记录的模具表面3个测量点温度分布情况与模拟结果吻合良好,用红外测温仪记录的不同保压时间下成形件表面温度变化情况与模拟结果吻合良好,验证了仿真模型的准确性。通过在成形件上截取拉伸试样进行力学性能测试验证冷却系统工作性能,基于传统经验设计方案的试样的抗拉强度达到1 504 MPa;微观分析结果显示在模具内保压淬火后成形件的金相组织为大量马氏体和极少量贝氏体的混合组织,说明冷却系统性能良好。

三维扫描弥补热冲压模具重制流程中的缺失环节

汽车行业依赖于众多制造业,热冲压(即热成型或模压淬火)是实现更安全、更轻便的汽车趋势下的常见工艺之一。其过程即使用压力机和模具组,通过加热将薄的、低抗拉强度的金属转变为高强度钢的过程。通过在钢几乎熔化的情况下进行冲压,该工艺消除了回弹,允许制造复杂的几何形状。

复杂热冲压模具型面的激光熔覆强化及摩擦磨损控制技术

由于服役条件恶劣,热冲压模具的工作型面容易产生磨损与裂纹,而传统强化方式在减小模具磨损的同时存在诸多限制。为了实现复杂模具型面的熔覆,通过机械手和变位机变姿实现了激光熔覆路径优化,并采用差温往复式摩擦磨损实验装置模拟了热冲压工况,分析了激光熔覆层的摩擦磨损性能。研究结果表明,铁基粉末与钴基粉末两种熔覆层均能有效减小摩擦因数与模面磨损量,其中Stellite 12钴基粉末的激光熔覆层的摩擦因数与磨损量最小。扫描电子显微镜观测发现,Fe901铁基粉末与Stellite 12钴基粉末的激光熔覆层表面出现的氧化层与化合物起到了润滑减磨作用,实现了模面磨损控制。

模具热导率对热冲压成形工艺影响的数值研究

为了评价模具材料的导热性能对热冲压成形工艺的影响,选择优质H13钢和自主开发的HDLM热冲压专用模具材料进行对比分析,采用LF457型激光导热仪对模具材料的导热性能进行评价,使用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对其组织进行观察。同时,建立了盒形件热冲压成形及模内淬火过程的数值仿真模型,研究了模具热导率对成形件冷却行为、组织演变以及模具温度的影响规律。研究表明,在热冲压模具服役温度200~400℃内,HDLM模具钢的热导率高于40 W/(m·℃),约为H13钢的1.5倍;在热冲压保压淬火过程中,模具材料的热导率对热冲压成形件的冷却行为起重要作用;当模具材料为HDLM钢时,仅需约10 s就能使盒形件关键部位的组织完全转变为马氏体,相比于H13钢,其保压冷却时间缩短了近41%,保压冷却效率提升了约80%,有效地加快了热冲压生产节拍和提高了生产效率,并且模具温度的均匀性也有较大改善,最高温度不超过330℃,有利于延长模具的使用寿命。