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畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 B070203
姓 名 張瑞
學 號 B07020336
外文出處
附 件 1. 原文； 2. 譯文
2011年3月
熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的設計
摘要：
熱沖壓和高強度鋼材在汽車行業(yè)正越來越受歡迎。熱沖壓是通過加熱和按下推進器水冷工具來實現(xiàn)鋼板高強度的一種工藝，冷卻系統(tǒng)對該工藝的影響很大。本文提出了一種對冷卻管道系統(tǒng)進行優(yōu)化的設計過程,介紹一種在冷卻系統(tǒng)上進行有限元分析與一個特定的進化算法的優(yōu)化程序。通過對每個單獨程序組件進行了優(yōu)化設計,然后讓熱沖壓工藝和thermo-mechanically熱模擬相結合的優(yōu)化方案。
關鍵詞:
熱沖壓、有限元法(FEM),優(yōu)化
1概述
近年來,在不降低安全標準的前提下減輕重量已成為汽車工業(yè)的研究重點。熱沖壓、高強度鋼對此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘車的安全系數(shù)。為了達到高強度，利用熱沖壓將高強度鋼加熱奧氏體溫度范圍，然后對其進行迅速冷卻，馬氏體轉變發(fā)生。在熱沖壓工藝中,工件的溫度必須保持在200°C以上，實現(xiàn)高強度。到目前為止,很少有對冷卻系統(tǒng)進行研究的熱沖壓模具。
本文介紹了一種系統(tǒng)化的設計方法,熱沖壓工具與冷卻系統(tǒng)達到最佳而快速。在這個例子中,冷卻系統(tǒng)進行了優(yōu)化幫助進行有限元分析與一個特定的進化算法，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優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，在高溫的沖壓工刀具運動需要的時間相對整個過程的時間較短。因此,熱沖壓過程必須有足夠的工具、合理的準確性計算與短時間的快速設計。
模具的冷卻系統(tǒng)分析了包括這項議案的一項形成過程是很有必要的,可以提高預測精度。在本文中，第2章介紹了一輛汽車和其相應的熱沖壓原件，第3章中介紹了優(yōu)化有限元分析的程序及進化算法。隨后,結果通過熱分析與熱、光的優(yōu)化為熱沖壓模具設計提供了科學依據(jù)。
2熱沖壓模具的冷卻
2.1動機
提高了工藝流程的經(jīng)濟性和優(yōu)化了成形零件的特點、熱沖壓才能達到設計最佳狀況。因此,本研究的主要目的是優(yōu)化設計一種在經(jīng)濟冷卻系統(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)的人進行了有關冷卻系統(tǒng)在熱沖壓工具的應用。因此,先進的設計方法配以適當?shù)姆抡婺Ｐ屯瓿梢蟮膬?yōu)化調查，達到工具和產(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
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,熱沖壓和模具冷卻是其中的一個具有代表意義的材料超高強度鋼。因此,在此研究中,熱沖壓和模具冷卻的鋁預表(阿塞洛USIBOR)被認為是空白的材料。材料熱沖壓和模具冷卻的拉伸強度600MPa在臨界狀態(tài),材料的拉伸強度通過熱沖壓工藝顯著增加。更高的抗拉強度達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常快馬氏體相變將發(fā)生。該微結構提供與馬氏體與硬化的最終產(chǎn)品較高的抗拉強度達到1500兆帕。
2.3工具組件和檢驗
原型的組成及其熱沖壓工具運動學是如圖1所示,最初的空白，該試驗的一部分,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的一部分是30毫米。
2.4沖壓模具冷卻系統(tǒng)
該工具設計必須考慮能夠達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放置導管盡可能在盡可能的靠近但足以有效的冷卻遠離工具輪廓,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,整個活躍部位，該工具(沖壓、模具、壓邊及解決沖床)需要設計冷卻充分。
3冷卻系統(tǒng)的設計
3.1優(yōu)化的進化算法
圖3為每個工具的優(yōu)化程序。為優(yōu)化程序設計的冷卻系統(tǒng)呈現(xiàn)在圖3。在這個過程中,冷卻在每個通道可優(yōu)化工具通過具體的進化算法(EA),這是在發(fā)達的ISF(Institut Fertigung皮毛Spannende多特蒙德,大學德國),為優(yōu)化注塑工具適用于設計和冷卻系統(tǒng)在熱沖壓件工具[3、4]。作為約束條件進行優(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。反推最小距離冷卻風管和卸之間/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工具組件也提供作為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入?yún)?shù)的優(yōu)化。這些輸入?yún)?shù)可從現(xiàn)有的設計通過有限元模擬指南或。基于輸入初始解生成隨機參數(shù)通過EA或手動,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)標準等進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是用于儲放冷卻通道根據(jù)給定的輸入翻案和約束條件每個工具組件。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)的評價
冷卻通道的渠道設計產(chǎn)生EA每個工具組件以不同的孔直徑和其冷卻性能進行了評估,采用鐵模擬。
4.1熱學分析
在設計和開發(fā)階段的熱沖壓件工具,這是很重要的,估計熱沖壓工藝定性和定量地在很短的時間經(jīng)濟制造的工具。為了這個目的,兩個瞬態(tài)熱模擬的基礎上進行利用ABAQUS /標準,一個隱式方法。在這個分析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)化工具和小冷卻風管直徑大,而變種冷卻風管。V2直徑。表1:設計工具的組合進行有限元分析。摘要為了代表一系列生產(chǎn)流程,一個循環(huán)數(shù)的熱沖壓的過程模擬為一個周期傳熱分析。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這樣的設計周期時間是30秒。在一個周期內,沖壓運動的形成需要3秒,這種工具關閉了17秒的空白,它可以使淬火另一個10秒開發(fā)工具和定位的下一步空白的工具。然而,在這種熱分析運動和變形工具坯料的卻沒有考慮到減少了計算量。因此,只有進行了傳熱分析是在一個封閉的工具。在熱分析、淬火過程耗時的地方2017秒秒來代替,因為運動沖壓不考慮。假定空白有一個最初的穩(wěn)態(tài)溫度(Tb,0°C)由于850從950°C冷卻免費在轉運環(huán)境。最初的工具的溫度(Tt,0)假設為20°C在第一個周期和變化周期周期。冷卻介質的溫度(Tc)假設為室溫。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,獲得了LFT舉辦(Lehrstuhl皮毛Fertigungstechnologie,大學Erlangen-Nurnberg、德國),和他在一起共同研究在熱沖壓被帶領[2]。在分析中,對流從空白和工具的環(huán)境(他),辦理在每一個工具,對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壓力是無效的,依賴但是差距是使用相關系數(shù)。CHTC是假設為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值。
4.2 機械分析
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,但這件工具是內溫度不考慮。同時,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,對接觸熱的問題只是足夠于相對較短的接觸時間[6]。因此,我們在研究工具和空白與體積元模擬仿制的順序的在一系列的傳熱過程。熱力的進行仿真是ABAQUS /顯性。在熱分析、比較,整個形成和淬火工藝是仿制,而動態(tài)溫度和應力響應的工具進行了模擬接觸熱利用空白time-temperature依賴流動應力曲線。熱更準確地表達了轉會應該使用在接觸壓力CHTC場所依賴改變在形成過程。此外,氣溫依賴的熱導率和比熱也會考慮。然而,在通過熱分析,為號元素的增加,鐵的復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網(wǎng)格可以通常用來閑了仿真時間,來獲得更多的精確解接觸面積。然而,自適應網(wǎng)格細化在計算在熱力不穩(wěn)定的原因分析。因此,一個雅致的網(wǎng)格更高的沖壓速度被認為是減少模擬時間。傳熱系數(shù)的結垢因此,獲得相同的熱通量[7]。