基于数值模拟和3D打印的热冲压模具随形水道设计制造研究

摘要

针对传统热冲压模具深孔对钻冷却系统冷却不均的现象,基于热冲压过程的多场耦合传热理论,提出热冲压模具随形冷却系统设计方法。利用Star-ccm+软件对热冲压冷却淬火过程进行热流固耦合模拟。以自主研发的彩虹电动汽车B-柱模具镶块为研究对象,对传统深孔对钻和新提出多种随形设计方案进行了冷却模拟分析。根据模拟结果,比较分析了不同冷却方案的冷却效果,并提出B柱模具镶块纵向随形冷却水道的优化方案,分析了优化前、后模面温度场的变化。提出运用覆膜砂3D打印造型结合传统铸造工艺的方法,制造具有随形冷却水道的热冲压模具。通过对比五种方案发现,采用纵向随形设计的热冲压模具,与冷却最差的平行随形设计相比,模面最大温度降低47.4%,模面平均温度降低40.9%,模面温度均匀性提高1.8%。根据纵向随形水道设计流程,将水道形状和位置参数R、H、r作为优化参数,模面温度场作为优化目标,对纵向随形水道进行优化,结果显示,优化后模面最大温度下降了49.8%,模面平均温度下降了46.8%,模面温度标准偏差下降了67.5%,模面温度均匀性提高了1.9%。因此,采用随形冷却的热冲压模具,有效地提高了生产加工效率和使用寿命,改善了热冲压件的平均强度和组织与力学性能的均匀性。