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22MnB5超高强度钢热冲压模具冷却系统数值仿真及参数优化
| 论文题名： | 22MnB5超高强度钢热冲压模具冷却系统数值仿真及参数优化 |
| 关键词： | 超高强度钢;热冲压模具;汽车轻量化;冷却系统;数值仿真;参数优化 |
| 摘要： | 实现汽车轻量化最直接的方式是使用较少的材料达到原有汽车零件的各项性能要求，而超高强度钢正是符合汽车轻量化的材料，但由于超高强度钢在常温状态下冲压成形效果差，成形后回弹过大，因此需要热冲压技术来进行生产。由于超高强度钢成形件保压淬火时的冷却速率只有超过27℃/s时，才能使成形件内部组织完全转变为马氏体，从而大幅提高成形件性能，因此超高强度钢热冲压成形模具冷却系统的设计是热冲压技术的关键。本文的研究工作，对超高强度钢热冲压成形模具冷却系统的研制提供了设计依据，运用优化后的模具冷却系统参数组合，得到了改进的超高强度钢热冲压成形工艺参数组合，对实际超高强度钢热冲压成形工艺参数的选择与确定提供重要的参考。 本文以某车型车门加强件的关键部位作为超高强度钢热冲压成形模具设计的依据，采用数值仿真技术对热冲压成形模具冷却过程进行系统分析，研究的主要内容为： （1）对热成形冷却过程涉及的传热学与流体力学基本原理进行分析，通过对已有公式进行推导，得到了计算冷却系统所需冷却管道面积公式，为后续的热冲压成形模具设计与仿真打下理论基础。 （2）在理论分析的基础上，利用三维建模工具建立了超高强度钢车门加强件关键部位的热冲压成形模具几何模型，并对其冷却系统进行了初步设计。 （3）利用正交实验设计法，得到了九组参数不同的超高强度钢热冲压成形模具，在FLUENT中对九组模型进行冷却过程的数值仿真，通过正交分析得到超高强度钢热冲压成形模具冷却系统的最优参数组合为：冷却管道直径D=6mm，管间距离S=13mm、管道顶点至型面的距离H=8mm。对该最优模具进行结构强度分析，结果表明在15MPa保压压力下，模具的结构强度满足安全性能要求。 （4）对超高强度钢热冲压成形冷却过程各工艺参数对冷却效果的影响进行仿真分析，并综合仿真结果和实际生产情况对工艺参数进行改进，得到改进后的工艺参数组合为：保压冷却时长10s、模具空冷时长3s、冷却水流速度3m/s、冷却水流温度20℃。 |
| 作者： | 郑伟 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王燕涛;孙军强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 烟台大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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