热冲压模具冷却系统的设计-中文翻译

热冲压模具冷却系统的设计摘要：热冲压和高强度钢材在汽车行业正越来越受欢迎。热冲压是通过加热和按下推进器水冷工具来实现钢板高强度的一种工艺，冷却系统对该工艺的影响很大。本文提出了一种对冷却管道系统进行优化的设计过程,介绍一种在冷却系统上进行有限元分析与一个特定的进化算法的优化程序。通过对每个单独程序组件进行了优化设计,然后让热冲压工艺和 thermo-mechanically 热模拟相结合的优化方案。关键词:热冲压、有限元法(FEM),优化1 概述近年来,在不降低安全标准的前提下减轻重量已成为汽车工业的研究重点。热冲压、高强度钢对此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘车的安全系数。为了达到高强度，利用热冲压将高强度钢加热奥氏体温度范围，然后对其进行迅速冷却，马氏体转变发生。在热冲压工艺中,工件的温度必须保持在 200C以上，实现高强度。到目前为止,很少有对冷却系统进行研究的热冲压模具。本文介绍了一种系统化的设计方法,热冲压工具与冷却系统达到最佳而快速。在这个例子中,冷却系统进行了优化帮助进行有限元分析与一个特定的进化算法，随后一系列的热成形过程的数值 thermo-mechanically 热模拟以及观察传热和冷却速率来优化冷却系统，在高温的冲压工刀具运动需要的时间相对整个过程的时间较短。因此,热冲压过程必须有足够的工具、合理的准确性计算与短时间的快速设计。模具的冷却系统分析了包括这项议案的一项形成过程是很有必要的,可以提高预测精度。在本文中，第 2 章介绍了一辆汽车和其相应的热冲压原件，第 3章中介绍了优化有限元分析的程序及进化算法。随后,结果通过热分析与热、光的优化为热冲压模具设计提供了科学依据。2 热冲压模具的冷却2.1 动机提高了工艺流程的经济性和优化了成形零件的特点、热冲压才能达到设计最佳状况。因此,本研究的主要目的是优化设计一种在经济冷却系统热冲压工具才能获得有效的冷却速率的工具。到目前为止,只有很少数的人进行了有关冷却系统在热冲压工具的应用。因此,先进的设计方法配以适当的仿真模型完成要求的优化调查，达到工具和产品的快速完成和尽可能的精确。2.2 热冲压和模具冷却的工艺特点在直接热成形工艺中,quenchable boronmanganese 合金钢热冲压和模具冷却是常用。同时,热冲压和模具冷却是其中的一个具有代表意义的材料超高强度钢。因此,在此研究中,热冲压和模具冷却的铝预表(阿塞洛 USIBOR)被认为是空白的材料。材料热冲压和模具冷却的拉伸强度 600MPa 在临界状态,材料的拉伸强度通过热冲压工艺显著增加。更高的抗拉强度达到了热冲压工艺是通过快速冷却至少 27的速度 C / s2。作为在奥氏体冷却淬火过程非常快马氏体相变将发生。该微结构提供与马氏体与硬化的最终产品较高的抗拉强度达到 1500 兆帕。2.3 工具组件和检验原型的组成及其热冲压工具运动学是如图 1 所示,最初的空白，该试验的一部分,在图 2。最初的空白的 430mm 尺寸 x 1.75mm x 170mm 和抽签仪式提出了一种深度的检验的一部分是 30 毫米。2.4 冲压模具冷却系统该工具设计必须考虑能够达到的最大的降温速率和热冲压零件的温度分布均匀性。因此,冷却系统需要被整合到工具。这冷却系统冷却管靠近工具轮廓目前认为是一种有效的解决方案。然而,冷却管的几何形状限制因在钻井和约束也应放置导管尽可能在尽可能的靠近但足以有效的冷却远离工具轮廓,以避免任何塑性变形在热成形工艺的工具。保证满意绘制部分的特点,整个活跃部位，该工具(冲压、模具、压边及解决冲床)需要设计冷却充分。3 冷却系统的设计3.1 优化的进化算法图 3 为每个工具的优化程序。为优化程序设计的冷却系统呈现在图 3。在这个过程中,冷却在每个通道可优化工具通过具体的进化算法(EA),这是在发达的 ISF(Institut Fertigung 皮毛 Spannende 多特蒙德,大学德国),为优化注塑工具适用于设计和冷却系统在热冲压件工具3、4。作为约束条件进行优化,可得到的大小的连接器和插座,最低的墙以及 nonintersection 厚度的钻孔因素也被考虑在内。反推最小距离冷却风管和卸之间/装载工具轮廓(a / x)和最小距离冷却管(s)通过有限元分析确定。参数的冷却系统如通道的数量(一根链条上的序贯孔),钻孔每通道和直径的孔洞每个工具组件也提供作为神经网络的输入参数的优化。这些输入参数可从现有的设计通过有限元模拟指南或。基于输入初始解生成随机参数通过 EA 或手动,由用户。从初始解,EA 创造新的解决方案经过重组的电流修改他们的解决方案和随机的。定义了随后被用于约束的校正生成的解决方案和消除作废的解决方案。所有的生成方案最优标准等进行有效的冷却率和均匀冷却。最后,最好的解决办法为优化冷却通道选择对选定的工具组件3.2 冷却通道的优化在我们的研究,选定的管的直径对 8 毫米和 12mm 8 毫米,12mm 冲床、毫米到 16 毫米之间死亡,8 毫米和 10 毫米反凸模和 8 毫米为空白持有人。EA 是用于储放冷却通道根据给定的输入翻案和约束条件每个工具组件。优化后的型材的8 毫米直径的渠道,为管道在图 4。4 最佳冷却系统的评价冷却通道的渠道设计产生 EA 每个工具组件以不同的孔直径和其冷却性能进行了评估,采用铁模拟。4.1 热学分析在设计和开发阶段的热冲压件工具,这是很重要的,估计热冲压工艺定性和定量地在很短的时间经济制造的工具。为了这个目的,两个瞬态热模拟的基础上进行利用 ABAQUS /标准,一个隐式方法。在这个分析 1.2379 曾被选为钢的刀具材料。这仿真模型包含 4 工具组件:冲床,死亡,压边和反拳。如表 1 所,选择与优化组合的零件冷却通道的方法。V1 是这种变体组合优化工具和小冷却风管直径大,而变种冷却风管。V2 直径。表 1:设计工具的组合进行有限元分析。摘要为了代表一系列生产流程,一个循环数的热冲压的过程模拟为一个周期传热分析。图 5 的表明有限元模型包括边界 conditionsFigure 5:有限元模型和边界条件。这种热成形工艺的部分的样机这样的设计周期时间是 30 秒。在一个周期内,冲压运动的形成需要 3 秒,这种工具关闭了 17 秒的空白,它可以使淬火另一个 10秒开发工具和定位的下一步空白的工具。然而,在这种热分析运动和变形工具坯料的却没有考虑到减少了计算量。因此,只有进行了传热分析是在一个封闭的工具。在热分析、淬火过程耗时的地方 2017 秒秒来代替,因为运动冲压不考虑。假定空白有一个最初的稳态温度(Tb,0C)由于 850 从 950C 冷却免费在转运环境。最初的工具的温度(Tt,0)假设为 20C 在第一个周期和变化周期周期。冷却介质的温度(Tc)假设为室温。边界的旁边条件、材料性能的热冲压和模具冷却的工艺要求从热拉伸试验,获得了 LFT 举办(Lehrstuhl 皮毛Fertigungstechnologie,大学 Erlangen-Nurnberg、德国),和他在一起共同研究在热冲压被带领2。在分析中,对流从空白和工具的环境(他),办理在每一个工具,对流从工具融入到冷却通道(hc)和传热热空白是 considered. c)工具(Here,c,是 the(CHTC 接触传热系数),描述了热通量的数量从毛坯到工具。这通常取决于系数之间的差距的工具和 d 空白和接触压力 p .它增加通常是作为接触压力的增加而增加。然而,在热分析了 CHTC 压力是无效的,依赖但是差距是使用相关系数。CHTC 是假设为 5000WC / m2 在零距离之间的空白和工具(缺口)和保持常数,直到差距的增加而增加超越批判价值。4.2 机械分析仿真与传统热成形是不同的板料成形过程模拟,其中的分布规律在温度或压力的工具被忽视。为快速又简单的方法去分析热成形工艺的工具与空白被建成有壳单元在其他的研究5,6。在这些研究中,研究温度可能是分布式沿厚度的壳元素和用户自定义函数的温度,但这件工具是内温度不考虑。同时,在仿真模型的加热,在一系列的工具热冲压过程不被考虑。此外,壳模型,对接触热的问题只是足够于相对较短的接触时间6。因此,我们在研究工具和空白与体积元模拟仿制的顺序的在一系列的传热过程。热力的进行仿真是 ABAQUS /显性。在热分析、比较,整个形成和淬火工艺是仿制,而动态温度和应力响应的工具进行了模拟接触热利用空白 time-temperature 依赖流动应力曲线。热更准确地表达了转会应该使用在接触压力 CHTC 场所依赖改变在形成过程。此外,气温依赖的热导率和比热也会考虑。然而,在通过热分析,为号元素的增加,铁的复杂性问题显著的增加。在传统的成形有限元模拟提出了一种自适应网格可以通常用来闲了仿真时间,来获得更多的精确解接触面积。然而,自适应网格细化在计算在热力不稳定的原因分析。因此,一个雅致的网格更高的冲压速度被认为是减少模拟时间。传热系数的结垢因此,获得相同的热通量7。