基于H1F-60伺服压机的热成形系统设计及工艺控制

摘要

热冲压成形技术被视为实现材料轻量化的重要加工方法。作为一种与时俱进的材料成型手段，这种方法大大扩展了高强度及超高强度钢在汽车领域的应用范围，具有广阔的前景和巨大的应用潜力。因此设计出新型实用的热成形模具系统，对热成形技术的应用进行了研究。
　　目前，有关热成形模具设计方面的研究较多，但多数将重点放在冷却系统的研究方面，对于新型加热方式的研究很少见。传统加热方式存在很多弊端，本课题依据实验室现有KOMATSU H1F-60伺服压力机和正装拉深试验通用模架，对压边板和凹模内部进行改装设计，将电磁感应加热技术应用到冲压的模内加热，该技术对温度的控制比模外电炉加热更为精确。为了提高设计效率，本课题在设计之初利用ANSYS对坯料及模架在冲压过程中的热平衡进行了数值模拟。然后，在伺服压机板料成形性能测试系统中构建了热成形系统，并利用该系统对22MnB5进行了板料拉深实验。
　　利用ANSYS-Icepack对板料冲压成形的模内加热温度场进行模拟分析，并以此基础做出实物并调试对比模拟状况。结果显示：对于该模架，上下模1000W的热源同时加热时，加热组块最高温度可达近400℃，中间板材可加热到300℃以上，10分钟之后散热和加热接近平衡；冲压模内磁感应线圈加热所导致的模具模板间的膨胀变形，不会导致模具导柱导套间的导向干涉；按该模型设计的实际加热系统的温度分布与模拟预测基本接近。利用该系统进行厚度为0.8mm、直径为100mm的22MnB5的冷热拉深对比研究，研究发现在冲压速度为454.8mm/s、压边力为60KN时，坯料在冷冲压状态下全部破裂，当温度升高到350℃时，可完全拉深成形。证明了提高一定的温度有利于高强钢拉深性能的改善，同时证明了该系统的可行性。
　　该新型热成形系统—电磁感应模内加热成形系统，在提高设备利用率的同时，为提高高强钢和难成形板料的成形质量提供了一种新的思路。本研究对模内加热模块的设计进行了模拟与初步的试验，将有助于模内加热方案在板料热成形技术方面的研究与发展。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 热冲压成形技术

1.3 国内外热冲压技术的发展现状

1.4 课题来源及主要内容

第二章 热成形模具系统设计方案简介

2.1 伺服压力机介绍

2.2 冲压热成形模具加热方案的确定

2.3 热成形模具冷却方案的确定

2.4 本章小结

第三章 基于ANSYS的板料成形系统模内加热模块热分析

3.1 传热基本原理

3.2 热冲压过程的传热方式

3.3 模型的建立及求解

3.4 模型的评价

3.5 本章小结

第四章 热成形系统加热组块设计

4.1 热成形系统加热组块结构设计

4.2 热成形系统加热组块压边镶块的设计及校核

4.3 热冲压成形系统加热线圈的设计

4.4 隔热方案设计

4.5冷却方案设计

4.6 隔磁装置设计

4.7凹模结构的设计

4.8 本章小结

第五章 22MnB5钢热成形拉深工艺研究

5.1 热成形系统调试结果介绍

5.2 温度对22MnB5拉深性能的影响

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢