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高强度钢板冲切模具磨损特性及冲切试样断面特征研究

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高强度钢板冲切模具磨损特性及冲切试样断面特征研究

作者：周蕾上海交通大学

学位级别：硕士

本文在国家自然科学基金项目( 51075269 )与国家重大科技专项(2010ZX04014-072、2011ZX04016-051)的资助下,研究了高强度钢板冲切试样的断面质量,并以此分析了冲切模具的磨损特性。研究中设计一套平行镶块组装形式的模具结构,选用6种... 详细信息

本文在国家自然科学基金项目( 51075269 )与国家重大科技专项(2010ZX04014-072、2011ZX04016-051)的资助下,研究了高强度钢板冲切试样的断面质量,并以此分析了冲切模具的磨损特性。研究中设计一套平行镶块组装形式的模具结构,选用6种模具材料(CALDIE,M2,SKD11,XW-10,Cr12MoV和RM2)进行1.4mm料厚的DP780高强度钢板冲切实验,对实验中各模具镶块对应的不同冲切次数时的冲切试样断面质量进行统计分析,以此间接比较6种冲切模具材料在冲切高强度钢板DP780时的抗磨损性能。实验发现:冲切试样毛刺高度的变化情况能较好的反映出模具材料的磨损情况,而冲切间隙的变化会影响试样断面剪切带宽度变化。综合比较发现,Cr12MoV镶块对应的冲切试样质量最好,磨损率最小;其次是CALDIE镶块和XW-10镶块,这两种镶块对应的冲切试样质量接近;再其次是M2镶块和RM2镶块,SKD11镶块对应的冲切试样质量最差,磨损率也最大。利用ABAQUS/Explicit的用户子程序(VUMAT)将韧性断裂准则用于模拟板料的断裂过程,并将模拟获得的试样断面质量参数与实验结果比较,分析发现:Cockcroft-Latham准则、McClintock准则、Rice-Tracy准则能较好的模拟出高强度钢板冲切试样的塌角高度和剪切带宽度。研究中采用“间隙—圆角”相结合的模型拟合模具磨损后的刃口轮廓与冲切间隙,然后用于模拟分析模具磨损对冲切过程的影响,模拟结果与实验结果吻合较好;模拟发现,模具磨损后导致板料产生初始裂纹时对应的上模行程增加,同时冲切试样的塌角高度、剪切带宽度及毛刺高度都增加,但最大冲切力改变不明显。

关键词：冲切高强度钢断面质量模具磨损

基于变摩擦模型的六角螺柱贯通式冷挤压模具磨损研究

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基于变摩擦模型的六角螺柱贯通式冷挤压模具磨损研究

作者：童辉湘潭大学

学位级别：硕士

六角螺柱作为一种重要的机械紧固连接零件,广泛应用于汽车、航空航天等零部件装配生产领域。传统的六角螺柱加工方法主要采用切削加工,该方法不仅切断了金属的纤维流线,而且对后续的连接质量产生一定的影响。冷挤压成形是一种少无切削... 详细信息

六角螺柱作为一种重要的机械紧固连接零件,广泛应用于汽车、航空航天等零部件装配生产领域。传统的六角螺柱加工方法主要采用切削加工,该方法不仅切断了金属的纤维流线,而且对后续的连接质量产生一定的影响。冷挤压成形是一种少无切削的近净成形制造方法,该方法材料利用率高且适合大批量生产,是六角螺柱的有效成形制造方法之一。然而,六角螺柱连续式冷挤压变形过程复杂,界面接触压力变化大,零件表面的磷化皂化膜在冷挤压变形过程中容易发生失效。因此,模具磨损及模具寿命是影响六角螺柱冷挤压成形工艺的关键因素。本文以某公司生产的AISI-1025六角螺柱为研究对象,采用连续贯通式的冷挤压成形方法,结合摩擦试验、有限元数值模拟、程序二次开发及冷挤压成形试验等手段,建立了考虑界面接触压力变化的AISI-1025材料/模具界面的可变摩擦模型及实现了该模型在DEFORM有限元软件中的应用,研究了六角螺柱连续贯通式冷挤压变形规律及芯轴磨损机制,获得了以下研究结果:(1)采用外推法及标准压缩试验获得了AISI-1025材料的真实应力-应变关系,确定了AISI-1025材料的压缩本构模型为:σ=622ε。(2)结合圆环墩粗试验及有限元数值模拟标定方法,建立了外径:内径:高度=4:2:1的摩擦因子有限元标准标定曲线及考虑界面接触压力变化的AISI-1025材料/模具界面的可变摩擦模型。(3)基于FORTRAN编译软件及DEFORM软件子程序二次开发,实现了可变摩擦模型在有限元软件中的应用,并通过中心凸起反挤压成形试验验证了该可变摩擦模型的有效性。(4)连续贯通式冷挤压与单个坯料冷挤压工艺相比,变形规律存在很大差异。单个坯料冷挤压工艺初期塑性变形主要集中在凹模入口处,坯料随着挤压凸模下行依次流入凹模;连续贯通式冷挤压工艺初期塑性变形主要集中在芯轴顶部附近,当坯料上端部分材料贴合芯轴后,下端部分坯料依次流入凹模。(5)连续贯通式冷挤压工艺下芯轴磨损量比单个坯料冷挤压工艺严重。挤压后的不同留余高度对芯轴的磨损量影响较大,随着留余高度的增加,芯轴的最大线磨损深度区域下移。

关键词：六角螺柱可变摩擦模型压缩本构模型贯通式冷挤压模具磨损

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基于动态模型的冲压模具材料磨损寿命研究

基于动态模型的冲压模具材料磨损寿命研究

作者：宁敏清湖南大学

学位级别：硕士

伴随我国汽车行业的迅猛发展,同款车型销量不断增加,对汽车冲压模具的使用性能和寿命提出了更高的要求。模具的使用性能和寿命直接影响着汽车零部件的质量、加工成本和效率。同时经济全球化,竞争日益激烈,企业要立足就必须提升质量降低... 详细信息

伴随我国汽车行业的迅猛发展,同款车型销量不断增加,对汽车冲压模具的使用性能和寿命提出了更高的要求。模具的使用性能和寿命直接影响着汽车零部件的质量、加工成本和效率。同时经济全球化,竞争日益激烈,企业要立足就必须提升质量降低成本。在汽车制造业中,模具费用可占到零件产品成本的15%以上,用户对模具的使用寿命极度关注。冲压模具的失效和废弃,大多是因为模具材料产生了塑性变形、表面产生摩擦磨损或者疲劳破坏等造成的,其中70%是由模具产生磨损后直接或间接引起的。因此,如何精确地预测模具磨损部位和磨损深度,减少磨损,对于提高寿命具有十分重要意义。在之前的研究中,很多没有考虑到后次冲压模具磨损受前次影响,单次冲压磨损量与总磨损量并非简单的线性关系,而且随着磨损的进行,模具每个节点受到的接触应力和板料的相对滑移速度也是不断变化的。本文通过研究汽车外覆盖件拉延模具磨损机理,建立混合磨损动态模型,提出一种新的模具磨损寿命预测方法。通过实验得到激光处理和电镀铬两种不同处理方式的模具材料磨损的相关参数,将其运用到混合磨损动态模型中。应用节点移动来不断更新磨损型面,获得当前磨损深度下的新参数,使用新参数计算当次冲压的磨损深度,确保随着磨损的增加,磨损参数不断更新,使得磨损预测更符合实际磨损的物理过程,弥补了经典Archard模型忽略了因磨损而导致接触应力和滑移速度改变的不足。在有限元方法中,用壳单元提取冲压接触型面建立模型,不需表达整个模具,降低问题复杂性,极大提高计算效率,并建立了模具磨损深度与冲压零件次数的确切关系,得到模具磨损深度定量预测方法。模具的不同强化方式对模具磨损有重大影响,激光淬火因其明显的优势被广泛应用于模具表面处理,而不同的工艺参数对淬火效果不同。本文就激光淬火的功率、移动速度、光斑直径进行优化分析,找出常用模具材料墨铸铁QT600-3的最佳激光淬火工艺参数,得到最佳的硬度和淬火深度。通过对模具材料进行温度场、组织相变、硬度的激光表面淬火数值仿真和实验验证,证明了仿真结果的准确性及可行性,得到激光淬火后模具从表层到芯部的硬度梯度变化关系用于磨损预测分析。为了增加模具的光滑性和耐磨性,需将激光淬火处理过的模具进行电镀铬处理。本文对激光淬火后的墨铸铁QT600-3进行了电镀铬实验,得到镀铬层厚度及表面硬度,然后对激光淬火和激光淬火后再进行电镀铬处理的两种模具材料,分别使用自制的耦合变形摩擦试验机进行摩擦磨损实验,得到不同处理方式的磨损系数、粗糙度和不同磨损类型的权重,将这些参数应用到混合磨损动态模型中进行模具磨损的寿命预测。使用本文提出的混合磨损动态预测模型,输入实验及仿真得到的参数,对某车型发动机盖外板模具进行磨损数值仿真,同时使用经典的Archard模型做仿真,将两者的结果与实际模具磨损情况做对比,结果表明,本文提出的冲压模具磨损寿命预测方法更接近实际磨损,误差为2.533%比经典Archard方法小21.35%,准确度明显高于经典的Archard 方法。

关键词：模具磨损动态模型数值模拟冲压模具

高铁车轮塑性成形过程数值模拟及模具磨损研究

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高铁车轮塑性成形过程数值模拟及模具磨损研究

作者：孙晓明太原科技大学

学位级别：硕士

高铁车轮是高铁行驶的重要安全零部件,对高铁行驶的安全性有着重要的影响。随着我国高铁运营里程的不断增加和运行速度的不断提升,对高铁车轮的数量和质量要求越来越高,国内现有的生产工艺和生产技术需要进一步改进来满足对车轮质量和... 详细信息

高铁车轮是高铁行驶的重要安全零部件,对高铁行驶的安全性有着重要的影响。随着我国高铁运营里程的不断增加和运行速度的不断提升,对高铁车轮的数量和质量要求越来越高,国内现有的生产工艺和生产技术需要进一步改进来满足对车轮质量和数量的需求。本论文基于山西省重点研发计划(重点)高新领域项目“高铁轮对制造关键技术及服役行为研究”(201703D111005)和山西省研究生联合培养基地人才培养项目“高铁车轮塑性成形过程数字化模拟及精确控制技术研究”。以整体式高速列车车轮为研究对象,对其预锻、精锻、轧制、压弯与冲孔全流程工艺进行了模拟研究,并对预锻、精锻、压弯模具磨损等进行数值模拟研究,以及预锻和精锻过程中车轮的微观组织进行模拟分析。主要研究工作及成果如下:(1)利用刚塑性有限元理论建立了预锻、精锻、轧制以及压弯冲孔所需要的模具、轧辊和毛坯的全套模型,利用DEFORM-3D结合正交法分析了成形工艺对成形结束后的等效应变、等效应力以及金属流动的影响,所做的工作对现场具有一定的参考作用。(2)利用DEFORM-3D的grain模块结合自动元胞机法对预锻和精锻过程中的再结晶和晶粒度进行了数值模拟,并选用精锻结束后的车轮材料做金相试验,把实验结果和模拟结果进行对比,说明模拟结果是可靠的。(3)基于Achard磨损理论结合DEFORM-3D的模具分析模块对预锻、精锻和压弯过程中的模具磨损进行了分析,研究了模具预热温度、模具硬度、毛坯预热温度、摩擦系数以及模具硬度对模具磨损的影响,所做的工作对现场具有一定的参考意义。

关键词：高铁车轮塑性成形数值模拟微观组织模具磨损

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高强钢热冲切模具的磨损研究

高强钢热冲切模具的磨损研究

作者：陈丽霞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着汽车轻量化理念的普及与发展,高强钢材料的应用越来越广泛,其热冲压工艺以独特的优势逐渐成为一项关键技术。然而,多数高强钢热冲压件都需要经历后续的冲裁、切边等处理,传统的冷冲切技术因为强度太高而难以实现,若采用激光切割则... 详细信息

随着汽车轻量化理念的普及与发展,高强钢材料的应用越来越广泛,其热冲压工艺以独特的优势逐渐成为一项关键技术。然而,多数高强钢热冲压件都需要经历后续的冲裁、切边等处理,传统的冷冲切技术因为强度太高而难以实现,若采用激光切割则会涉及到二次定位问题,成本高昂且效率低下。因此,提出一种高强钢热冲切技术,即在高强钢板热冲压及淬火的过程中完成冲裁、切边动作。热冲切工艺所使用的模具结构复杂、材料昂贵、加工难度大、精度要求高,模具寿命是影响热冲切加工成本、经济效益的重要指标。磨损是模具寿命的主要影响因素,有必要对高强钢热冲切模具的磨损行为作进一步研究。本文针对B1500HS板料热冲切过程中的模具磨损行为进行了探究,具体内容如下:基于模具磨损的理论分析,探究了热冲切模具的磨损机制,并创建了热冲切模具磨损量的计算模型,据此提出了几种热冲切模具磨损的影响因素,为数值模拟及试验研究提供依据。采用ABAQUS软件,对B1500HS板料热冲切过程进行了数值模拟,结合模具磨损理论,将修正的Archard模型耦合到其中,分别计算出几种不同工艺参数下模具的磨损量,通过对比分析了这些参数变化对磨损产生的影响。结果表明:模具间隙、板料温度、冲切速率均会影响热冲切模具的磨损情况,且不同的冲切轮廓对应的模具磨损程度也存在差异。模具间隙过大或过小都不利于提高模具的耐磨损性能,板料温度越高,模具磨损情况明显减轻,而冲切速率变大会加剧模具磨损。考虑到实际生产时前后多次热冲切存在磨损累积的因素,连续进行了 3000次高强钢热冲切试验,获得了不同模具间隙和冲切轮廓下模具的磨损情况,试验数据与模拟结果基本吻合。最后根据几种不同模具间隙及材料下模具的磨损情况以及冲切件的断面质量确定了较为合理的模具间隙和模具材料。

关键词：高强钢热冲切模具磨损修正的Archard模型

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热成形模具磨损的全局灵敏度分析及优化设计

热成形模具磨损的全局灵敏度分析及优化设计

作者：凌鸿伟湖南大学

学位级别：硕士

在车身上采用高强钢热成形件是实现汽车轻量化及提高碰撞安全性的有效途径之一,然而随着板料强度的提高,导致高强钢冷冲压成形困难。热成形技术利用高温下板料塑性增强的特点,将冲压成形过程和热处理过程相结合,解决了高强钢成形困难的... 详细信息

在车身上采用高强钢热成形件是实现汽车轻量化及提高碰撞安全性的有效途径之一,然而随着板料强度的提高,导致高强钢冷冲压成形困难。热成形技术利用高温下板料塑性增强的特点,将冲压成形过程和热处理过程相结合,解决了高强钢成形困难的问题。与冷冲压模具相比热成形模具的工作条件更恶劣,所受载荷更大,模具的磨损情况更为严重,模具的使用寿命和冲压成形件的质量也会降低。目前,对于热成形模具磨损现象的研究较少,且多集中在实验研究方面,因此,开展对热成形模具磨损现象的数值模拟研究具有重要的实际意义。本文建立了热成形模具的热力耦合模型,并基于Archard磨损计算理论,分析了模具的磨损分布规律及其与温度场、应力场的关系。同时分析了磨损量与冲压速度、板料温度、冷却水温、模具温度、摩擦系数、模具硬度等冲压工艺参数之间的关系。以前立柱热成形模具为例,基于最优拉丁超立方试验设计方法和响应面建模方法建立了磨损量与冲压工艺参数之间的多项式响应面近似模型,在此基础上运用sobol全局灵敏度分析方法计算了冲压工艺参数关于磨损量的灵敏度系数。结果显示冲压速度、板料温度、模具温度的灵敏度系数较大,表明它们对磨损量的影响较大。在灵敏度系数计算的基础上,建立灵敏度系数较大的参数与磨损量的响应面近似模型。以磨损量最小为优化目标,运用多目标遗传算法对冲压工艺参数进行优化设计,在给定的取值空间内搜索最佳的工艺参数组合,为实际生产中工艺参数的设计提供理论指导。

关键词：热成形技术模具磨损 Archard理论 sobol法遗传算法

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基于磨损的热锻模具优化设计和寿命预测

基于磨损的热锻模具优化设计和寿命预测

作者：陈科伟重庆大学

学位级别：硕士

热锻模具是工业生产的一种基础装备，随着工艺技术的不断发展而得到了越来越广泛地使用。热锻模具工作环境恶劣，在锻造循环过程中不断地承受着机械载荷和热载荷作用。在国内热锻模具所能达到的寿命较低，仅为3000000件，还远远落后于... 详细信息

热锻模具是工业生产的一种基础装备，随着工艺技术的不断发展而得到了越来越广泛地使用。热锻模具工作环境恶劣，在锻造循环过程中不断地承受着机械载荷和热载荷作用。在国内热锻模具所能达到的寿命较低，仅为3000000件，还远远落后于国外水平，因而如何增加热锻模具使用寿命是一个迫切需要得到解决的问题。模具磨损是造成模具报废的主要原因，经研究表明因磨损造成的热锻模具失效占总的模具失效的70%左右。所以，减少热锻模具的磨损是提高模具寿命的关键所在。首先，本文考虑到热锻模具工作环境的特殊性对Archard模型进行了修正，采用Deform-2d有限元软件模拟轮毂成形过程，计算磨损深度，模拟结果表明锻件成形效果良好，同时表明轮毂热锻模的最大磨损部位为成形上模芯的圆角区域。然后就成形上模芯做了两方面的优化，第一方面是上模芯轮廓形状的优化，包括圆角半径和线形的优化。圆角半径优化中，选择了一组圆角半径，结果表明R23时磨损值较小;在圆角半径优化的基础上，结合有限元模拟、BP神经网络和序列二次规划算法的各自优势进行上模芯的轮廓线形优化，以三次样条插值曲线描述上模芯成形部位轮廓形状，三次样条曲线的19个控制点横向坐标作为设计变量，等磨损为目标函数，随机生成数个轮廓形状并进行模拟计算，得到的有限元数据作为BP神经网络的训练样本，构建三层BP神经网络模型，从而实现了设计变量和目标函数的映射关系，再利用BP神经网络预测和推广特性可对给定设计变量预测出对应的目标函数值，最后采用序列二次规划算法对所选设计变量寻优。第二方面是在第一方面的基础上，基于磨损对工艺参数进行了寻优。研究了模具初始温度、成形速度和摩擦因子对磨损量的影响，研究获得一组磨损量最小的上述工艺参数组合。通过优化设计后结果显示：成形上模芯磨损量减小且更加均匀，最大磨损值下降了26.8%，通过前几次锻造循环的累积磨损值预测模具寿命，得到模具寿命为3887件，与原始模具设计相比提高了25.2%。但由于受到相关项目时间的制约，本文研究内容主要集中在前期的理论研究部分。

关键词：热锻模具有限元模拟神经网络优化设计模具磨损

基于扩散试验的热锻模具涂层性能模拟研究及应用

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锻压技术 2022年第10期47卷 236-242页

作者：薛勇杰赵中里黄昌文吴大鸣汪杰张齐松北京化工大学机电工程学院北京100029 安徽安簧机械股份有限公司安徽安庆246000

针对企业实际生产中遇到的热锻模具磨损严重的问题,采用阴极电弧离子镀设备在热锻模具上制备了CrAlN、TiAlZrN、CrTiAlSiN和ZrTiAlCrSiN这4种梯度涂层。经过测试,ZrTiAlCrSiN梯度涂层在硬度、摩擦因数、结合力方面均表现一般,但搭载ZrTi... 详细信息

针对企业实际生产中遇到的热锻模具磨损严重的问题,采用阴极电弧离子镀设备在热锻模具上制备了CrAlN、TiAlZrN、CrTiAlSiN和ZrTiAlCrSiN这4种梯度涂层。经过测试,ZrTiAlCrSiN梯度涂层在硬度、摩擦因数、结合力方面均表现一般,但搭载ZrTiAlCrSiN梯度涂层的热锻模具可将使用寿命提高2倍以上,有着突出的性能表现。利用自制静态扩散装置,借助扫描电子显微镜、显微维氏硬度仪、划痕仪及摩擦磨损试验机,分析了经过高温处理及Fe元素扩散后的涂层硬度、摩擦因数和结合力的变化情况。研究结果表明:Fe元素扩散会降低涂层的硬度、增加涂层的摩擦因数、弱化涂层的使用性能。最终试验结果与理论分析吻合较好,研究结果为热锻模具涂层的设计和评价方法提供了参考。

关键词：热锻模具模具磨损 PVD涂层元素扩散模具寿命

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预测模具磨损的CAE技术

锻造与冲压 2008年第2期 74-76页

作者：苏杨·肯姆

一些汽车高强零部件（如发动机零件、底盘零件和驱动系的功能部件），都是通过热锻方式来批量生产的。在批量生产中，如何降低生产成本是企业关注的问题。而延长模具寿命不仅降低模具成本，对降低生产成本也非常重要。

关键词：模具磨损 CAE技术预测生产成本批量生产发动机零件功能部件底盘零件