筒型件的热冲压 毕业设计开题报告

毕业设计开题报告筒型件热冲压数值模拟及模具设计

学院：机械工程学院

班级：材料0712 学生姓名：王奕萍

指导教师：曲周德

职称：副教授

2011 年 11 月 21 日

毕业设计开题报告

一、课题简介

在筒型件热冲压模具设计中，通过对零件的对称部分采用不对称的冷却管路，实现对称零件的不同冷却效果。应用成形分析软件（dynaform或autoform）,对筒型件的热拉深过程进行了数值模拟研究，设计需要完成以下工作：熟悉仿真软件，探索模内淬火模拟方法，探索冷却分析方法，实现筒型板料模具热成形过程。

二、现状与发展趋势

随着能源危机和环境问题的加剧，整个社会对汽车轻量化有着紧迫的要求。

汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总重量，在保持汽车整体品质、性能和造价不变的前提下，通过减低汽车的自身重量来提高输出功率、减低噪声、提升操纵性、可靠性，提高车速、将低油耗、减少废气排放量、提升安全性是汽车轻量化的最终目标。所以节能和安全已经成为汽车制造业最重要的出发点。

为了达到上述目的，减轻车重是非常有效的方法，而要减轻车身重量有两种途径：一是优化、更改汽车结构来调整零部件尺寸和数量，来降低零部件的重量；二是：使用轻量化材料来代替原来的低碳钢等低强度钢材，例如采用超高强度钢板、镁合金、铝合金、复合材料等轻质材料来代替传统的钢铁材料。

相比而言，采用轻量化材料更能满足不同的需求，适合重点发展。

节能减排和提高安全性能是汽车制造业亟待解决的问题，也是未来汽车研发的方向。超高强度钢板热冲压件已经在减轻车身重量和提高汽车安全性能方面表现出巨大的优势，其在未来汽车车身零件中的应用潜力也毋庸置疑。国外在热冲压成形技术的研究及应用方面已经先行多年，并且取得了巨大的成绩，但是仍然存在许多问题，例如热冲压成形模具的设计准则，板材在高温下的氧化防护等，限制了热冲压成形技术的广泛应用。而国内在该领域的研究刚刚开始，不具备相关产品和设备的研发和生产能力，仅有的几条生产线也是斥巨资从国外引进。国内的汽车越来越多的使用热冲压件，以提高汽车的碰撞安全性能，保护驾乘人员的安全，从而满足国外严格的质量标准，打开国际市场。

热冲压技术的优势

✓提高车型的碰撞性能；

✓实现更大程度的车身轻量化；

✓减小油耗和CO2排放；

✓零件成形性相对较好；

✓零件尺寸精度好；

✓车身结构设计简单，加强板数量有效减少；

✓降低压机吨位要求；

✓有效提高零件的表面硬度及其耐磨性；

✓降低冲压噪声；

✓通过车身结构优化设计，可以有效控制综合制造成本。

热冲压技术的缺点

✓生产节拍慢（3冲程/分钟）；

✓需要激光切割进行切边、冲孔；

✓工艺影响因素比冷冲压复杂得多；

✓无镀层板热冲压过程会产生氧化皮，需要定期清理；

✓固有废品率远远高于冷冲压；

✓单件成本高；

✓工作环境比冷冲压差；

✓技术门槛和投资门槛比较高（VOLKSWAGEN、FIAT）；

✓业内技术落后于实验；

✓热冲压仿真精度相对较差（热胀冷缩、组织转变及其回弹CAE非常难）、调试周期相对较长。

三、主要研究内容

本文以典型热冲压筒型件为研究对象，用UG软件对筒型件进行设计，而后导入到Dynaform软件中对筒型件进行网格划分、定义毛坯材料及性能、建立（凸模、凹模、压边圈）模型、设置热冲压参数、模型冲压过程参数设置、提交进行数值模拟。最后用不同方案对筒型件进行数值模拟，并对模拟的结果从温度场、应力场、有效塑性应变场、成形后板料厚度的分布规律几个方面对结果进行分析，来确定板料在不同冷却条件下对热冲压成型过程的影响。

模具设计是热冲压成形工艺的关键技术，热冲压模具集成了零件的成形及淬火两项功能，因此其模具结构更加复杂，对模具材料选择、模具设计等方面

提出了更加严格的要求。在国外，一些企业经过多年的探索和大量的研究，已经基本掌握了热冲压模具设计的关键技术，并且具备热冲压模具及相关设备的生产供货能力。例如舒勒公司已经为德国一家汽车制造厂提供6条热冲压成形全自动生产线。但是由于技术保密等原因，关于热冲压模具设计方面能见到的资料少之又少。国内目前还没有企业和单位具有热冲压模具的较为成熟的设计经验，甚至真正见到过模具结构的人员都非常少。

因此本文针对热冲压成形模具的设计方法进行了深入研究，总结了热冲压模具关键部件的设计经验和基本原则，并运用数值模拟手段对模具参数进行优化。对于推动国内热冲压成形技术的研究进展，打破国外的技术垄断具有积极意义。

a、模具设计

简而言之，模具是用来成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。

b、设计步骤

热成型模具设计

在热成型过程中，钢板及模具都要经过从室温到900 ℃以上的温度变化，并且模具集板料成型与冷却淬火过程于一身，所以模具设计是热成型技术的另一个难点，其主要技术包括模具表面设计、模具冷却系统设计和模具结构设计等，可利ABAQUS、LS-DYNA 等软件进行成型模拟和冷却过程模拟。利用材料的高温性能，如流变曲线、摩擦因数、FLD 等参量进行成型模拟，同时进行热传递模拟，这一过程实际是热力学、机械学耦合模拟过程。模拟结果将作为模具设计的重要依据，并据此进行试生产或批量生产。

模具材料的选择

热成型的模具材料不仅要求其具有良好的热强度、热硬度、高的耐磨性和疲劳性能，而且要能保证成型件的尺寸精度，同时要能够抵抗高温板料对模具产生的强大热摩擦、脱落的氧化层碎片及颗粒在高温下对模具表面的磨损效应，并且能够稳定地在剧烈的冷热交替环境下工作。根据模具需要的加热温度，参考热锻用热作模具钢，选用合理的模具材料。如蒂森的热冲压模具就采用了一