高强钢热冲压过程中的传热行为研究及模具冷却系统优化

针对高强度钢板热冲压成形和淬火过程中的传热行为，以硼钢板为研究对象，研究其在模具内的传热机理，特别是换热系数与温度场和接触压力之间的关系，并考虑相变过程产生潜热对温度场的影响。基于多宗量传热反问题研究思想，对板料-模具间的换热系数和潜热同时进行反演。研究板料与模具间存在局部间隙时的传热规律，为热接触判断提供依据。系统研究适合于热力耦合的有限单元及相应的接触算法，探索高效率解偶算法，以提高热力耦合模拟速度。在机理研究和仿真模拟的基础上，构建基于代理模型的模具冷却系统优化方案，以实现最少冷却时间和模腔温度均匀分布。研究成果将有助于提高热冲压过程温度场的预测精度，为塑性变形和材料相变研究提供可靠的温度边界条件，并为热冲压工艺控制和模具设计提供理论依据。

本项目针对高强度钢板热冲压成形和淬火过程中的传热行为，以国产硼钢板为研究对象，研究其在模具内的传热机理，特别是换热系数与温度场和接触压力之间的关系。围绕此内容，分别开展如下几个方面的工作：1）国产热冲压用钢板B1500HS的材料性能研究，通过热模拟实验及拉伸实验，获得了B1500HS的高温力学性能曲线、工艺参数对最终性能的影响及最佳参数组合等，为后续研究的开展打下了基础。2）热冲压传热理论模型研究，现有的理论模型着重于解释界面换热物理机理，但其中的部分关键参数很难测得。本项目提出了一个基于界面粗糙度的用以描述界面换热系数的理论模型，涉及的相关参数通过常用的工具即可测得，因而较易应用。3）热冲压传热实验研究，针对热冲压过程中，温度变化非常剧烈的问题，为了克服传统热电偶测温法温度测量滞后的缺陷，设计了一个非接触式的测温系统，利用红外热像仪相应速度快的特点，可以快速准确地捕捉热冲压过程中的温度变化。4）热冲压传热数值模拟研究，以LS-DYNA有限元软件为模拟平台，通过二次开发将所建立的传热理论模型在此平台上实现，并利用实验测得的相关材料参数对平板热冲压过程和U型件热冲压过程进行了数值模拟，通过与实测结果对比验证了模拟的可靠性。 5）热冲压技术的进一步深入研究，利用隔热涂层技术对具有梯度性能的热冲压技术进行了探索；结合Q&P热处理技术，提出了一种新的热冲压工艺，能显著提高最终产品的综合力学性能。通过本项目的开展，对热冲压过程中的传热行为进行了较为全面的研究，并在此基础上开展了相关的有意尝试，为热冲压技术的进一步深入发展提供了良好的借鉴。