熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-中文翻譯

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熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：熱沖壓和高強(qiáng)度鋼材在汽車行業(yè)正越來(lái)越受歡迎。熱沖壓是通過加熱和按下推進(jìn)器水冷工具來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼板高強(qiáng)度的一種工藝，冷卻系統(tǒng)對(duì)該工藝的影響很大。本文提出了一種對(duì)冷卻管道系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)過程,介紹一種在冷卻系統(tǒng)上進(jìn)行有限元分析與一個(gè)特定的進(jìn)化算法的優(yōu)化程序。通過對(duì)每個(gè)單獨(dú)程序組件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),然后讓熱沖壓工藝和 thermo-mechanically 熱模擬相結(jié)合的優(yōu)化方案。關(guān)鍵詞:熱沖壓、有限元法(FEM),優(yōu)化1 概述近年來(lái),在不降低安全標(biāo)準(zhǔn)的前提下減輕重量已成為汽車工業(yè)的研究重點(diǎn)。熱沖壓、高強(qiáng)度鋼對(duì)此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘車的安全系數(shù)。為了達(dá)到高強(qiáng)度，利用熱沖壓將高強(qiáng)度鋼加熱奧氏體溫度范圍，然后對(duì)其進(jìn)行迅速冷卻，馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生。在熱沖壓工藝中,工件的溫度必須保持在 200°C以上，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度。到目前為止,很少有對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究的熱沖壓模具。本文介紹了一種系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法,熱沖壓工具與冷卻系統(tǒng)達(dá)到最佳而快速。在這個(gè)例子中,冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化幫助進(jìn)行有限元分析與一個(gè)特定的進(jìn)化算法，隨后一系列的熱成形過程的數(shù)值 thermo-mechanically 熱模擬以及觀察傳熱和冷卻速率來(lái)優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，在高溫的沖壓工刀具運(yùn)動(dòng)需要的時(shí)間相對(duì)整個(gè)過程的時(shí)間較短。因此,熱沖壓過程必須有足夠的工具、合理的準(zhǔn)確性計(jì)算與短時(shí)間的快速設(shè)計(jì)。模具的冷卻系統(tǒng)分析了包括這項(xiàng)議案的一項(xiàng)形成過程是很有必要的,可以提高預(yù)測(cè)精度。在本文中，第 2 章介紹了一輛汽車和其相應(yīng)的熱沖壓原件，第 3章中介紹了優(yōu)化有限元分析的程序及進(jìn)化算法。隨后,結(jié)果通過熱分析與熱、光的優(yōu)化為熱沖壓模具設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。2 熱沖壓模具的冷卻2.1 動(dòng)機(jī)提高了工藝流程的經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)化了成形零件的特點(diǎn)、熱沖壓才能達(dá)到設(shè)計(jì)最佳狀況。因此,本研究的主要目的是優(yōu)化設(shè)計(jì)一種在經(jīng)濟(jì)冷卻系統(tǒng)熱沖壓工具才能獲得有效的冷卻速率的工具。到目前為止,只有很少數(shù)的人進(jìn)行了有關(guān)冷卻系統(tǒng)在熱沖壓工具的應(yīng)用。因此,先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法配以適當(dāng)?shù)姆抡婺Ｐ屯瓿梢蟮膬?yōu)化調(diào)查，達(dá)到工具和產(chǎn)品的快速完成和盡可能的精確。2.2 熱沖壓和模具冷卻的工藝特點(diǎn)在直接熱成形工藝中,quenchable boronmanganese 合金鋼熱沖壓和模具冷卻是常用。同時(shí),熱沖壓和模具冷卻是其中的一個(gè)具有代表意義的材料超高強(qiáng)度鋼。因此,在此研究中,熱沖壓和模具冷卻的鋁預(yù)表(阿塞洛 USIBOR)被認(rèn)為是空白的材料。材料熱沖壓和模具冷卻的拉伸強(qiáng)度 600MPa 在臨界狀態(tài),材料的拉伸強(qiáng)度通過熱沖壓工藝顯著增加。更高的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了熱沖壓工藝是通過快速冷卻至少 27°的速度 C / s[2]。作為在奧氏體冷卻淬火過程非?？祚R氏體相變將發(fā)生。該微結(jié)構(gòu)提供與馬氏體與硬化的最終產(chǎn)品較高的抗拉強(qiáng)度達(dá)到 1500 兆帕。2.3 工具組件和檢驗(yàn)原型的組成及其熱沖壓工具運(yùn)動(dòng)學(xué)是如圖 1 所示,最初的空白，該試驗(yàn)的一部分,在圖 2。最初的空白的 430mm 尺寸 x 1.75mm x 170mm 和抽簽儀式提出了一種深度的檢驗(yàn)的一部分是 30 毫米。2.4 沖壓模具冷卻系統(tǒng)該工具設(shè)計(jì)必須考慮能夠達(dá)到的最大的降溫速率和熱沖壓零件的溫度分布均勻性。因此,冷卻系統(tǒng)需要被整合到工具。這冷卻系統(tǒng)冷卻管靠近工具輪廓目前認(rèn)為是一種有效的解決方案。然而,冷卻管的幾何形狀限制因在鉆井和約束也應(yīng)放置導(dǎo)管盡可能在盡可能的靠近但足以有效的冷卻遠(yuǎn)離工具輪廓,以避免任何塑性變形在熱成形工藝的工具。保證滿意繪制部分的特點(diǎn),整個(gè)活躍部位，該工具(沖壓、模具、壓邊及解決沖床)需要設(shè)計(jì)冷卻充分。3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 優(yōu)化的進(jìn)化算法圖 3 為每個(gè)工具的優(yōu)化程序。為優(yōu)化程序設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)呈現(xiàn)在圖 3。在這個(gè)過程中,冷卻在每個(gè)通道可優(yōu)化工具通過具體的進(jìn)化算法(EA),這是在發(fā)達(dá)的 ISF(Institut Fertigung 皮毛 Spannende 多特蒙德,大學(xué)德國(guó)),為優(yōu)化注塑工具適用于設(shè)計(jì)和冷卻系統(tǒng)在熱沖壓件工具[3、4]。作為約束條件進(jìn)行優(yōu)化,可得到的大小的連接器和插座,最低的墻以及 nonintersection 厚度的鉆孔因素也被考慮在內(nèi)。反推最小距離冷卻風(fēng)管和卸之間/裝載工具輪廓(a / x)和最小距離冷卻管(s)通過有限元分析確定。參數(shù)的冷卻系統(tǒng)如通道的數(shù)量(一根鏈條上的序貫孔),鉆孔每通道和直徑的孔洞每個(gè)工具組件也提供作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)的優(yōu)化。這些輸入?yún)?shù)可從現(xiàn)有的設(shè)計(jì)通過有限元模擬指南或?；谳斎氤跏冀馍呻S機(jī)參數(shù)通過 EA 或手動(dòng),由用戶。從初始解,EA 創(chuàng)造新的解決方案經(jīng)過重組的電流修改他們的解決方案和隨機(jī)的。定義了隨后被用于約束的校正生成的解決方案和消除作廢的解決方案。所有的生成方案最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行有效的冷卻率和均勻冷卻。最后,最好的解決辦法為優(yōu)化冷卻通道選擇對(duì)選定的工具組件3.2 冷卻通道的優(yōu)化在我們的研究,選定的管的直徑對(duì) 8 毫米和 12mm 8 毫米,12mm 沖床、毫米到 16 毫米之間死亡,8 毫米和 10 毫米反凸模和 8 毫米為空白持有人。EA 是用于儲(chǔ)放冷卻通道根據(jù)給定的輸入翻案和約束條件每個(gè)工具組件。優(yōu)化后的型材的8 毫米直徑的渠道,為管道在圖 4。4 最佳冷卻系統(tǒng)的評(píng)價(jià)冷卻通道的渠道設(shè)計(jì)產(chǎn)生 EA 每個(gè)工具組件以不同的孔直徑和其冷卻性能進(jìn)行了評(píng)估,采用鐵模擬。4.1 熱學(xué)分析在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段的熱沖壓件工具,這是很重要的,估計(jì)熱沖壓工藝定性和定量地在很短的時(shí)間經(jīng)濟(jì)制造的工具。為了這個(gè)目的,兩個(gè)瞬態(tài)熱模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行利用 ABAQUS /標(biāo)準(zhǔn),一個(gè)隱式方法。在這個(gè)分析 1.2379 曾被選為鋼的刀具材料。這仿真模型包含 4 工具組件:沖床,死亡,壓邊和反拳。如表 1 所,選擇與優(yōu)化組合的零件冷卻通道的方法。V1 是這種變體組合優(yōu)化工具和小冷卻風(fēng)管直徑大,而變種冷卻風(fēng)管。V2 直徑。表 1:設(shè)計(jì)工具的組合進(jìn)行有限元分析。摘要為了代表一系列生產(chǎn)流程,一個(gè)循環(huán)數(shù)的熱沖壓的過程模擬為一個(gè)周期傳熱分析。圖 5 的表明有限元模型包括邊界 conditionsFigure 5:有限元模型和邊界條件。這種熱成形工藝的部分的樣機(jī)這樣的設(shè)計(jì)周期時(shí)間是 30 秒。在一個(gè)周期內(nèi),沖壓運(yùn)動(dòng)的形成需要 3 秒,這種工具關(guān)閉了 17 秒的空白,它可以使淬火另一個(gè) 10秒開發(fā)工具和定位的下一步空白的工具。然而,在這種熱分析運(yùn)動(dòng)和變形工具坯料的卻沒有考慮到減少了計(jì)算量。因此,只有進(jìn)行了傳熱分析是在一個(gè)封閉的工具。在熱分析、淬火過程耗時(shí)的地方 2017 秒秒來(lái)代替,因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)沖壓不考慮。假定空白有一個(gè)最初的穩(wěn)態(tài)溫度(Tb,0°C)由于 850 從 950°C 冷卻免費(fèi)在轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境。最初的工具的溫度(Tt,0)假設(shè)為 20°C 在第一個(gè)周期和變化周期周期。冷卻介質(zhì)的溫度(Tc)假設(shè)為室溫。邊界的旁邊條件、材料性能的熱沖壓和模具冷卻的工藝要求從熱拉伸試驗(yàn),獲得了 LFT 舉辦(Lehrstuhl 皮毛Fertigungstechnologie,大學(xué) Erlangen-Nurnberg、德國(guó)),和他在一起共同研究在熱沖壓被帶領(lǐng)[2]。在分析中,對(duì)流從空白和工具的環(huán)境(他),辦理在每一個(gè)工具,對(duì)流從工具融入到冷卻通道(hc)和傳熱熱空白是 considered. c)工具(Here,?c,是 the(CHTC 接觸傳熱系數(shù)),描述了熱通量的數(shù)量從毛坯到工具。這通常取決于系數(shù)之間的差距的工具和 d 空白和接觸壓力 p .它增加通常是作為接觸壓力的增加而增加。然而,在熱分析了 CHTC 壓力是無(wú)效的,依賴但是差距是使用相關(guān)系數(shù)。CHTC 是假設(shè)為 5000W°C / m2 在零距離之間的空白和工具(缺口)和保持常數(shù),直到差距的增加而增加超越批判價(jià)值。4.2 機(jī)械分析仿真與傳統(tǒng)熱成形是不同的板料成形過程模擬,其中的分布規(guī)律在溫度或壓力的工具被忽視。為快速又簡(jiǎn)單的方法去分析熱成形工藝的工具與空白被建成有殼單元在其他的研究[5,6]。在這些研究中,研究溫度可能是分布式沿厚度的殼元素和用戶自定義函數(shù)的溫度,但這件工具是內(nèi)溫度不考慮。同時(shí),在仿真模型的加熱,在一系列的工具熱沖壓過程不被考慮。此外,殼模型,對(duì)接觸熱的問題只是足夠于相對(duì)較短的接觸時(shí)間[6]。因此,我們?cè)谘芯抗ぞ吆涂瞻着c體積元模擬仿制的順序的在一系列的傳熱過程。熱力的進(jìn)行仿真是 ABAQUS /顯性。在熱分析、比較,整個(gè)形成和淬火工藝是仿制,而動(dòng)態(tài)溫度和應(yīng)力響應(yīng)的工具進(jìn)行了模擬接觸熱利用空白 time-temperature 依賴流動(dòng)應(yīng)力曲線。熱更準(zhǔn)確地表達(dá)了轉(zhuǎn)會(huì)應(yīng)該使用在接觸壓力 CHTC 場(chǎng)所依賴改變?cè)谛纬蛇^程。此外,氣溫依賴的熱導(dǎo)率和比熱也會(huì)考慮。然而,在通過熱分析,為號(hào)元素的增加,鐵的復(fù)雜性問題顯著的增加。在傳統(tǒng)的成形有限元模擬提出了一種自適應(yīng)網(wǎng)格可以通常用來(lái)閑了仿真時(shí)間,來(lái)獲得更多的精確解接觸面積。然而,自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化在計(jì)算在熱力不穩(wěn)定的原因分析。因此,一個(gè)雅致的網(wǎng)格更高的沖壓速度被認(rèn)為是減少模擬時(shí)間。傳熱系數(shù)的結(jié)垢因此,獲得相同的熱通量[7]。