热成型工艺及模具工艺优化研究

李万

一、引言

从1973年Norrbottens Jernverk 率先开发出热成形工艺至今，热成形技术在全球范围内得到了广泛的应用，目前全球热成形生产线超过 110 条。相对于冷冲压模具，热成形模具的使用寿命普遍不高，势必造成模具的制造和使用成本增加，影响热成形件在车身制造中的使用和推广。热成形是冷冲压与热处理相结合的新型冲压工艺，接触关系及边界条件非常复杂，是一个热力耦合的过程。模具既承受来自高温板料加热及冷却水冷却产生的热应力，又受到来自机械设备施加的机械应力，模具工作环境非常恶劣，对模具性能研究相当有必要。在模具性能研究方面，S.H. Tang和 Xi-Ping Li等人通过有限元法对注塑模具进行热分析，研究热应力对模具性能的影响及造成的失效形式。R. deOliveira等人通过实验对比分析不同模具材料用于碳纤维复合材料加工对模具热应变的影响。D. Firrao通过模具材料微观结构研究，分析不同模具材料对模具表面及里层疲劳和断裂韧性的影响。上述学者在模具性能研究方面做了大量创新性的工作，但并没有涉及热成形模具热力耦合分析。实际生产中，热成形模具在承受机械应力的同时受到自身温差引起的热应力，导致模具温度与应力的相互关系及变化规律错综复杂。鉴于实验测量的困难性，本文通过对热成形进行热力耦合数值模拟，揭示模具温度与应力的相互关系及变化规律，以填补国内外空白。

淬火过程中高温区主要分布在模具型面，凹凸模圆角出现温度集中。……