摘 要

车身覆盖件成形模具具有体积大，型面轮廓复杂，精度要求高等特点，使得其制造技术难度大，制造成本高、加工周期长。随着轻质结构、高强钢和精确成形工艺越来越广泛的应用，车身模具就需要拥有更好的机械性能、使用寿命以及几何精度。本文根据车身覆盖件成形模具由于型面载荷分布不均匀导致的失效进程不一这一情况，利用点式连续感应淬火工艺通过数控伺服装置使感应器能够沿模具型面作复杂空间三维运动，从而实现对模具型面不同区域的选择性强化。

首先，通过分析计算结合生产实例，得到了车身覆盖件成形模具的局部磨损特点及磨损失效关键区域，获取所需强化的型面局部特征。发现模具局部磨损集中在模具凹模圆角处，沿模具周边呈线性分布，以拐角处为磨损失效关键区域。

其次，深入了解探讨点式连续感应淬火工艺的基本原理及其理论模型，包括电磁场和温度场的数学模型的建立。

最后，在点式连续感应淬火工艺基本原理的基础上，在ANSYS软件中建立曲面点式移动感应淬火三维有限元数值模型，得到了在一定工艺参数下该过程中温度场的分布和变化规律，同时得到了淬火后组织分布及硬度分布。并进行了点式感应淬火实验，验证了点式感应淬火工艺在车身覆盖件成形模具局部连续强化中的应用潜力。

关键词：点式感应淬火；覆盖件模具；局部磨损；数值模拟

Abstract

Body panel mold having a bulky, complex profile contour, require high precision, making it difficult manufacturing technology, high manufacturing costs, long processing cycle. With lightweight construction, high-strength steel and precision forming technology more widely used, we need to have a better body mold mechanical performance, service life and geometric precision. In this paper, based on body panels mold profile due process uneven load distribution failure caused by varying this case, the point of continuous induction hardening process by CNC servo means so that the sensor can be made along the die face complex spatial three-dimensional motion, thereby achieve selective strengthen the different areas of the mold surface.

First, the analysis and calculation examples of combining production, has been the key regional body panel mold of local wear characteristics and wear failure to obtain the required strengthening of local feature profile. Local wear found mold in the mold die radius concentrated at linear distribution along the periphery of the mold to the corner wear failure as a key area.

Secondly, understand Discussion point Continuous Induction Hardening of the basic principles and theoretical models, including the establishment of a mathematical model of the electromagnetic field and temperature field.

Finally, in point of continuous induction base Quenching the basic principles on the establishment of surface points Mobile induction hardening dimensional finite element numerical model in ANSYS, has been the distribution and variation of temperature field in the process in certain process parameters, Meanwhile obtained after quenching tissue distribution and hardness distribution. And the point induction hardening experiment to test the point induction hardening process in the body panels forming the continuous strengthening of local potential mold.

Key words: Spot induction hardening; curved mold; numerical simulation; partial wear

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2国内外的研究现状 1

1.4 本文的研究内容 2

第2章 待强化表面型面特征与工艺原理 3

2.1 U型件拉伸弯曲过程分析 3

2.2 待强化型面特征 4

2.3 点式感应淬火工艺简介 5

2.3.1 点式感应淬火原理 5

2.3.2 点式感应淬火工艺的影响因素 6

2.4 本章小结 6

第3章 凹模圆角点式感应淬火的有限元模拟 7

3.1凹模圆角的有限元建模 7

3.1.1设置工艺参数以及建立几何模型 7

3.1.2 ANSYS有限元软件APDL语言编程 9

3.2 温度场结果 11

3.3工艺参数的优化 14

3.4本章小结 14

第4章 点式感应淬火实验 15

4.1 实验过程 15

4.1.1 实验设备简介 15

4.1.2 数据采集装置 16

4.1.3 制样 18

4.2 实验结果 18

4.2.1 温度场结果 18

4.2.2 硬度及微观组织分布 18

4.3 本章小结 20

第5章 结论与展望 21

5.1 结论 21

5.2 展望 21

5.3 小结 22

参考文献 24

附 录 26

附录A ：ANSYS有限元仿真APDL程序代码 26

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

在汽车工业中，随着轻量化进程的不断推进，为了进一步降低车身质量，高强钢越来越多地被应用于车身覆盖件的冲压制造。同时，高强钢硬度大，屈服强度高这一特点，也对车身覆盖件冲压成形模具带来了极大的考验。模具局部过早地磨损失效，导致这个模具完全报废，极大地增加了生产制造的成本。因此，需要根据车身覆盖件冲压成形模具型面载荷分布不均匀，失效进程不一的情况，实现对模具型面不同区域的选择性强化，从而延长模具的使用寿命，降低生产成本。

点式感应加热淬火强化工艺采用内源进行加热，利用涡流在工件内部自身发热，是一种清洁的热处理方法。由于热量损失小，其生产能耗低、效率极高、没有废气排放，对环境友好。而较为灵活的感应器尺寸也使得工艺过程能够轻易实现机械化和自动化，在国内外钢材热处理领域已经占有一席之地^[4]。在加热过程中，其加热速度快，加热效率高，淬火后工件的局部变形小，工件表面的硬度分布较为均匀。通过改变相应的工艺参数，容易控制淬硬层的深度，使工件表层得到淬火马氏体组织而心部组织保持原有模具材料组织不变，能够达到“表硬心韧”的效果，较为理想地解决了工件表面和心部的工程性能要求不一致的矛盾，十分适合作为车身覆盖件成形模具的表面强化方法^[5]。

1.2国内外的研究现状

为了将高强钢广泛应用于汽车车身，解决由此带来的板料和模具成形界面磨损加剧，经常需要修模或换模，导致模具成本上升和生产中断的问题。国内外学者为揭示高强钢冲压成形过程中模具与钢板接触界面间的磨损规律，寻求适用于高强钢冲压成形的模具材料或表面强化方式，作出了大量的研究。