CN104657565B - 近型面水道的热作模具设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种近型面水道的热作模具设计方法。本发明方法，包括：根据热作模具形状对所述热作模具进行模具型面离散化，得到所述热作模具的等分面；根据所述等分面确定所述热作模具型面的交线；将所述交线在所述等分面上向模具内部方向偏移，从而得到偏置线，所述偏置线与所述交线之间的距离为偏移距离；在所述偏置线上按比率划分确定所述热作模具的近型面水道的中心点，所述比率为中心点比率；采用高阶样条线连接所述中心点确定所述热作模具的近型面水道的中心线；采用圆形截面沿所述中心线扫掠切割确定所述热作模具的近型面水道。本发明实施例实现热作模具均匀冷却，提高了热冲压件的质量、生产效率、模具强度以及模具的使用寿命。

Description

近型面水道的热作模具设计方法

技术领域

本发明实施例涉及模具制造领域，尤其涉及一种近型面水道的热作模具设计方法。

背景技术

近年来，能源消耗与环境污染等问题日益严重，迫使汽车等行业考虑车辆的轻量化。研究数据表明，车身的重量降低10％，使得燃油消耗降低10％，燃油效率提高6％～8％，废气排放降低5％～6％。高强度钢具有强度高、硬度大等优点；铝镁合金强度高、密度小，因此它们被应用于车身结构件。高强度钢及铝镁合金一般通过温热成形技术进行冲压成形。模具是热成形技术的核心装备，所以温热成形技术的发展使得热作模具的应用更加广泛。模具温度直接影响了热冲压产品的质量及其工作效率，而模具温度是通过模具内的冷却水道来进行控制的。

传统热作模具冷却系统主要是通过机械钻孔的方式获得。对于复杂型面的模具，采用机械钻孔方式加工的直水道会使冷却液的流动性降低，局部压降损失过多，无法均匀冷却红热板料。

发明内容

本发明实施例提供一种近型面水道的热作模具设计方法，以克服现有技术中采用机械钻孔方式加工的直水道导致冷却液的流动性降低，局部压降损失过多，无法均匀冷却红热板料的问题。

本发明实施例提供一种近型面水道的热作模具设计方法，包括：

根据热作模具形状对所述热作模具进行模具型面离散化，得到所述热作模具的等分面；

根据所述等分面确定所述热作模具型面的交线；

将所述交线在等分面上向模具内部方向偏移，从而得到偏置线，所述偏置线与所述交线之间的距离为偏移距离；

在所述偏置线上按比率划分确定所述热作模具的近型面水道的中心点，所述比率为中心点比率；

采用高阶样条线连接所述中心点确定所述热作模具的近型面中心线；

采用圆形截面沿所述中心线扫掠切割确定所述热作模具的近型面水道。

进一步地，所述采用圆形截面沿所述中心线扫掠切割确定所述热作模具的近型面水道之后，还包括：

采用多目标优化软件优化所述近型面水道的参数。

进一步地，采用多目标优化软件优化所述近型面水道的参数，包括：

采用CAD软件根据所述近型面水道的所述偏移距离、所述中心点比率以及所述圆形截面的半径建立参数化模型；

采用CAE、CFD软件将所述参数化模型进行网格划分以及模拟边界条件设定，得到所述模型温度场；

采用多目标优化软件，选定多目标优化遗传算法，对所述模型温度场进行分析，判断是否在优化目标范围内，若是，则结束优化过程，若否，则继续重复步骤一直步骤三，直至结束优化。

本发明实施例近型面水道的热作模具设计方法，根据热作模具形状对热作模具进行型面离散化将模具型面等分面，根据所述等分面确定模具型面的交线，讲所述交线在所述等分面上向模具内部方向偏移，从而得到偏置线，将所述偏置线按比率划分确定模具水道的中心点，采用高阶样条线连接所述中心点确定水道的中心线，并沿所述中心线扫掠切割确定水道。从而实现了热作模具均匀冷却，提高了热冲压件的质量，同时也提高了生产效率。提高了模具强度以及模具的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明近型面水道的热作模具设计方法实施例一的流程图；

图2为本发明近型面水道的热作模具设计方法中获得的等分面与模具型面交线的示意图；

图3为本发明近型面水道的热作模具设计方法中获得的偏置线及水道中心点的示意图；

图4为本发明近型面水道的热作模具设计方法中获得的近型面水道中心线的示意图；

图5为本发明近型面水道的热作模具设计方法中获得的近型面结构水道的示意图；

图6位本发明近型面水道的热作模具设计方法实施例二的流程图；

图7为本发明近型面水道的热作模具设计方法中水道优化的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明近型面水道的热作模具设计方法流程图，如图1所示，本实施例方法，包括：

步骤101、根据热作模具形状对所述热作模具进行模具型面离散化，得到所述热作模具的等分面；

步骤102、根据所述等分面确定所述热作模具型面的交线；

步骤103、将所述交线在等分面上向模具内部方向偏移，从而得到偏置线，所述偏置线与所述交线之间的距离为偏移距离；

步骤104、在所述偏置线上按比率划分确定所述热作模具的近型面水道的中心点，所述比率为中心点比率；

步骤105、采用高阶样条线连接所述中心点确定所述热作模具的近型面中心线；

步骤106、采用圆形截面沿所述中心线扫掠切割确定所述热作模具的近型面水道。

具体来说，本实施例以典型轿车B-柱加强梁模具凸模镶块为例，热作模具近型面结构水道优化设计，主要包括如下步骤：根据B-柱加强梁模具凸模镶块的形状对模具工作型面进行等分。根据模具型面特征，将其分为六份，创建五个等分面，从而获得凸模镶块等分面与镶块型面的五条交线2，如图2所示。图3为本发明近型面水道的热作模具设计方法中获得的偏置线及水道中心点的示意图，如图所示，将五条交线2及模具型面的两条边界线1沿模具工作面的法向进行等距偏移，得到七条偏置线3。并在七条偏置线上分别按比率选取八个点，将作为水道中心点4。再通过高阶样条线将各偏置线3上对应位置的比率定点4连接成线，所获得的八条样条线就是水道的中心线5，如图4所示，该近型面线为连续相切过渡。本实施例选取圆形水道截面沿八条近型面线扫掠分割，从而获得八条近型面结构水道6，如图5所示。

本发明实施例近型面水道的热作模具设计方法，根据热作模具形状对热作模具进行型面离散化将模具型面等分面，根据所述等分面确定模具型面的交线，讲所述交线在所述等分面上向模具内部方向偏移，从而得到偏置线，将所述偏置线按比率划分确定模具水道的中心点，采用高阶样条线连接所述中心点确定水道的中心线，并沿所述中心线扫掠切割确定水道。从而实现了热作模具均匀冷却，提高了热冲压件的质量，同时也提高了生产效率。提高了模具强度以及模具的使用寿命。

图6为本发明近型面水道的热作模具设计方法中水道优化的流程图，如图6所示，本实施例水道优化方法，包括：

步骤一、采用CAD软件根据所述近型面水道的所述偏移距离、所述中心点比率以及所述圆形截面的半径建立参数化模型；

步骤二、采用CAE、CFD软件将所述参数化模型进行网格划分以及模拟边界条件设定，得到所述模型温度场；

具体来说，

步骤三、采用多目标优化软件，选定多目标优化遗传算法，对所述模型温度场进行分析，判断是否在优化目标范围内，若是，则结束优化过程，若否，则继续重复步骤一直步骤三，直至结束优化。

具体来说，利用具备广泛的CAD/CAE集成接口的多目标优化软件构建虚拟仿真优化平台，把CAD三维建模软件、CAE有限元分析软件和CFD计算流体力学分析软件集成在一起用以优化上述近型面水道的参数，从而进一步得到优化后的近型面水道。如图7所示，首先，应用CAD软件按照上述热作模具设计方法得到的近型面水道所涉及的参量偏移距离、中心点比率以及圆形截面的半径建立参数化模型，并通过CAD软件宏录制功能将参数定义及修改过程进行录制，获得可批处理执行的CAD模型宏文件，该宏文件将作为多目标优化软件的输入文件，而所得CAD三维模型文件为多目标优化软件的输出文件。多目标优化软件中的控制文件为CAD的批处理bat文件，所述bat文件功能为自动执行输入CAD模型宏文件和输出优化参数发生变化的CAD三维模型；然后，将CAD模型宏文件分别输入CAE和CFD软件，分别进行不同性质的网格划分及模拟边界条件设定。同样地，利用软件宏录制功能将网格划分及边界条件谁的那个过程进行录制，分别获得CAE和CFD分析的宏文件。另外，通过CAE和CFD软件间的数据交换功能，使得由CFD分析得到的CHTC参数可以应用在CAE分析中，而CAE分析中的IHTC参数也可以在CFD分析中进行考虑，即所述数据交换功能。CAE和CFD分析的结果将以模型温度场的数据形式输出。所述CAE和CFD宏文件将作为多目标优化软件的输入文件，而所述CAE和CFD分析的模型温度场结果数据将作为多目标优化软件的输出文件。多目标优化软件中的控制文件为CAE和CFD的批处理bat文件，CAE分析中所述bat文件功能为自动执行输入CAD三维模型和输出模型温度场CAE分析结果，CFD分析中所述bat文件功能也为自动执行输入CAD三维模型和输出模型温度场CFD分析结果；最后，对输出的温度场数据进行分析，确定其是否在优化目标的范围之内，如果结果数据在优化目标范围内，则结束优化，如果不在优化范围内，则继续优化，直到结果数据符合优化目标，此时对应的优化参数即为最优值，按最优值设计的热作模具将得到最佳的冷却效果。所述优化，即使用多目标优化软件中的优化模块对上述近型面水道的参数变量偏移距离、比率以及截面半径进行优化计算。优化目标为使模具工作型面最大温度低于200℃，均匀性大于0.99，温度标准差小于10℃。

本发明实施例近型面水道的热作模具设计方法，采用CAD、CAE以及CFD软件对热作模具的近型面水道所涉及的参量进行多目标优化，从而实现近型面水道形状和位置的优化设计。优化方案确定后，完成各软件集成条件设置，整个优化过程将由计算机自动执行，直到计算出最优结果。优化时考虑了板料与模具的界面换热和模具与水流的对流换热，实现了热-流-固耦合模拟，更加准确地模拟了热冲压的成形淬火的全过程，所得到的模具温度场将更加接近实际生产。优化时，无论各参数如何变化，水道都可以一直保持近型面设计，保证了模具的冷却均匀性。优化后，合理的参数使得模具在保持高效的冷却性能时又保证了冷却的均匀性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种近型面水道的热作模具设计方法，其特征在于，包括：

根据热作模具形状对所述热作模具进行模具型面离散化，得到所述热作模具的等分面；

根据所述等分面确定所述热作模具型面的交线；

将所述交线在所述等分面上向模具内部方向偏移，从而得到偏置线，所述偏置线与所述交线之间的距离为偏移距离；

在所述偏置线上按比率划分确定所述热作模具的近型面水道的中心点，所述比率为中心点比率；

采用高阶样条线连接所述中心点确定所述热作模具的近型面水道的中心线；

采用圆形截面沿所述中心线扫掠切割确定所述热作模具的近型面水道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用圆形截面沿所述中心线扫掠切割确定所述热作模具的近型面水道之后，还包括：

采用多目标优化软件优化所述近型面水道的参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用多目标优化软件优化所述近型面水道的参数，包括：

步骤一、采用CAD软件根据所述近型面水道的所述偏移距离、所述中心点比率以及所述圆形截面的半径建立参数化模型；

步骤二、采用CAE、CFD软件将所述参数化模型进行网格划分以及模拟边界条件设定，得到模型温度场；

步骤三、采用多目标优化软件，选定多目标优化遗传算法，对所述模型温度场进行分析，判断是否在优化目标范围内，若是，则结束优化过程，若否，则继续重复步骤一直步骤三，直至结束优化。