基于数值模拟和3D打印热冲压模具随形水道设计制造研究.pdf

第 52 卷第 19 期 机 械 工 程 学 报 Vol.52 No.19 2016 年 10 月 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Oct. 2 0 1 6 DOI ：10.3901/JME.2016.19.180 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* 贺 斌 1, 2 李显达 1, 2 胡 平 1, 2 司阳磊 1, 2 盈 亮 1, 2 张向奎 1, 2 (1. 大连理工大学汽车工程学院 大连 116024 ； 2. 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室 大连 116024) 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。 关键词：热冲压模具；随形设计；耦合模拟；3D 打印；铸造 中图分类号：TG315 Investigation of Design and Manufacture in Hot Stamping Tools with Conformal Cooling Channels Based on Simulation and 3D-printing Technology HE Bin1, 2 LI Xianda1, 2 HU Ping1, 2 SI Yanglei1, 2 YING Liang1, 2 ZHANG Xiangkui1, 2 (1. School of Automotive Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024; 2. State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian 116024) Abstract ：To against the uneven cooling of traditional hot stamping tool with opposit