某复合材料异形件热压成型模具的结构设计及其优化
发布时间：2021-06-30 09:14
航空航天领域作为一个国家科技水平的重要标杆,其工业地位独占鳌头。在为某航天院修复设计损坏的热压模具的过程中,接触并了解到热压模具工艺简单、稳定高效的优势,在航空用零件上的应用力度甚广。但现代社会模具工业的发展进程中,热压模具的脚步过于缓慢,停留在十几年前的技术水平上,甚少有人研究。因此,本文针对此设计的热压模具的结构进行优化,为航空复合材料塑件的精度与模具使用寿命的延长,提供研究技术理论。本文对此热压模具的设计中,虽然结构相对简单,但其成型塑件存在多个复杂曲面,对于精度有极高要求,然而已磨损的模具精确参数严重丢失。因此利用正逆向融合理念,通过三维软件的正反向技术,共同建立数值精确的模具模型。增加了设计层面的灵活度。此外,加工工艺是影响热压模具结构的最大因素。本文采用有限元理论分析,通过ABAQUS仿真软件,建立热-应力耦合模型,讨论了成型阶段金属材料内部产生的残余应力,对模具结构造成的影响。通过模拟模具热应力与回弹现象的分析,得出接触面最多的部分承受的应力值最大,从而求得模具机构需要优化的部分,讨论并确定了合适的优化设计方案。针对本文热压模具的结构优化,提升了热压成型模具的加工生命周期...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的模具加工用压力机Figure1-1Commonpressesformoldprocessing根据上、下模配合的三种结构特征分别为：溢式压缩模、半溢式压缩模和不溢式压
中北大学学位论文7图1-4热作模具钢热疲劳应力-应变曲线图[26]Figure1-4Thermalfatiguestress-straincurveofhotworkdiesteel图1-4用曲线表示了热作模具钢在热疲劳状态下模具表面的应力应变示意过程。由图可见，热作模具钢工作的初始阶段，是从室温开始加热使热作模具钢快速升温的过程，由模具表面首先升温产生表面与芯部的温度梯度差值和膨胀收缩约束，至此模具表面出现压应力。当压应力到达材料屈服强度A点时，模具表面产生弹性形变[27]。随着模具服役持续升温，突破材料的屈服强度积累产生非弹性应变，温度达最高值时，非弹性应变为最大值B点[28]。在冷却过程中，非弹性应变渐放于模具表面，至应变值为0后，冷却阶段持续，这时的模具表面由压应力从而转向为拉应力。温度达到最低值冷却阶段结束，此时，C点是模具钢受拉应力最大值的极值点，机械应变达到顶峰形成塑性形变，即为裂纹最容易产生的点。接着当下一个新的作阶段开始时，弹性应变释放，下一周期循环的热疲劳机械应变值沿实线返回至B点。1.2相关技术领域国内外研究进展1.2.1国内研究现状模具钢作为模具的基础材料，随着其成分、特性的不同决定着模具的性质和用时效益。模具钢是高端特钢的一种。2018年国内模具钢总产量近60万吨，主要包括热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢分别占比28%、27%、45%[29]，产量各为17吨、16吨和27吨。其中塑料模具钢产量占总比最多。下表为我国模具钢主要牌号及对应的国外
中北大学学位论文22式中：eF表示理论脱模力，单位NsA表示制件侧面积总和，单位cm2f表示单位面积脱模阻力，单位N/cm2(4)压机开距与模具闭合高度的关联为了满足模具开模时取出制件的开合度，必须保证压机上下工作台高度差。如图所示为压机开距和模具闭合高度的关系示意。图2-2压机开距模具闭合高度Figure2-2Pressopeningdieclosingheight两距离之间的关系校核式为：(510)maxmaxADhh~(2-6)+(1015)minminAD~(2-7)式中：maxA表示模具最大闭合高度，单位mmminA表示模具最小闭合高度，单位mmmaxD表示压机最大开距，单位mmminD表示压机最小开距，单位mmh表示塑件最大高度，单位mmh表示阳模高度，单位mm(5)推杆行程校核
【参考文献】：
期刊论文
[1]压塑工艺及模具设计——上篇 塑料压制成型 第一讲 概论（二）[J]. 洪慎章. 橡塑技术与装备. 2019(20)
[2]高职机械制造类专业开设逆向工程课程的必要性分析及实践[J]. 杨玉霞,李艳钰,高清冉. 南方农机. 2019(17)
[3]热压罐成型复合材料所用框架式模具热弹性耦合优化设计[J]. 贾东升,高彤,唐磊,许英杰. 航空制造技术. 2019(21)
[4]电热变模温注塑模具加热系统优化研究[J]. 李泰栋,沈子宜,贾亚东,俞志辉,李吉泉. 塑料工业. 2019(01)
[5]椅旁CAD/CAM修复体边缘适应性的研究进展[J]. 郑梓婷,闫文娟. 口腔颌面修复学杂志. 2019(01)
[6]热压印成型导光板的模具温控系统设计[J]. 李楷,吴大鸣,任仰龙,赵中里,孙靖尧. 模具工业. 2018(11)
[7]H13热作模具钢的变质处理与性能研究[J]. 周灿,张庆贺. 热加工工艺. 2018(16)
[8]基于CAE的微注塑模具优化设计[J]. 蒋晶,姜潇桐,张康康,李倩,刘国际. 中国塑料. 2018(08)
[9]浅析UG在机械制图教学中的应用[J]. 袁禛嶽,教传艳. 数码世界. 2018(06)
[10]聚合物热黏弹塑性变形微热压成型机理的数值模拟研究[J]. 邓腾,周国发,宋佳佳. 中国塑料. 2018(02)
博士论文
[1]激光选区熔化成形模具钢材料的组织与性能演变基础研究[D]. 赵晓.华中科技大学 2016
[2]铝合金高周疲劳的能量耗散模型及寿命预测[D]. 张亮.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于层合速凝原理的陶瓷件快速制造设备及材料成型研究[D]. 高东强.陕西科技大学 2012
硕士论文
[1]不同含量Gd、Ni对Mg-Gd-Ni合金滞弹性及力学性能的影响[D]. 杨玉林.西安理工大学 2019
[2]新型塑料模具钢35CrMnSiMoNi组织和性能的研究[D]. 杨典典.西安工业大学 2019
[3]模具钢激光抛光过程的数值模拟与缺陷机理分析[D]. 张伟康.华中科技大学 2019
[4]H13钢表面梯度熔覆层耐磨性研究及寿命预测[D]. 邓成旭.燕山大学 2019
[5]基于Moldflow的关节轴承注塑成型分析与游隙控制研究[D]. 李秉强.燕山大学 2019
[6]H13模具钢等离子喷焊层制备及性能研究[D]. 王泽宇.中北大学 2019
[7]飞机用复合材料成型模具逆向建模与制造工艺研究[D]. 范喜祥.哈尔滨工业大学 2018
[8]基于数字摄影扫描测量的逆向建模技术及其在某航空部件再制造中的应用[D]. 马彤彤.华北水利水电大学 2018
[9]分离式钢箱梁桥面板疲劳寿命评估[D]. 许金双.苏州科技大学 2017
[10]动车组横向止挡减振器有限元仿真及性能预测研究[D]. 衣晨阳.青岛科技大学 2017
本文编号：3257472
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的模具加工用压力机Figure1-1Commonpressesformoldprocessing根据上、下模配合的三种结构特征分别为：溢式压缩模、半溢式压缩模和不溢式压
中北大学学位论文7图1-4热作模具钢热疲劳应力-应变曲线图[26]Figure1-4Thermalfatiguestress-straincurveofhotworkdiesteel图1-4用曲线表示了热作模具钢在热疲劳状态下模具表面的应力应变示意过程。由图可见，热作模具钢工作的初始阶段，是从室温开始加热使热作模具钢快速升温的过程，由模具表面首先升温产生表面与芯部的温度梯度差值和膨胀收缩约束，至此模具表面出现压应力。当压应力到达材料屈服强度A点时，模具表面产生弹性形变[27]。随着模具服役持续升温，突破材料的屈服强度积累产生非弹性应变，温度达最高值时，非弹性应变为最大值B点[28]。在冷却过程中，非弹性应变渐放于模具表面，至应变值为0后，冷却阶段持续，这时的模具表面由压应力从而转向为拉应力。温度达到最低值冷却阶段结束，此时，C点是模具钢受拉应力最大值的极值点，机械应变达到顶峰形成塑性形变，即为裂纹最容易产生的点。接着当下一个新的作阶段开始时，弹性应变释放，下一周期循环的热疲劳机械应变值沿实线返回至B点。1.2相关技术领域国内外研究进展1.2.1国内研究现状模具钢作为模具的基础材料，随着其成分、特性的不同决定着模具的性质和用时效益。模具钢是高端特钢的一种。2018年国内模具钢总产量近60万吨，主要包括热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢分别占比28%、27%、45%[29]，产量各为17吨、16吨和27吨。其中塑料模具钢产量占总比最多。下表为我国模具钢主要牌号及对应的国外
中北大学学位论文22式中：eF表示理论脱模力，单位NsA表示制件侧面积总和，单位cm2f表示单位面积脱模阻力，单位N/cm2(4)压机开距与模具闭合高度的关联为了满足模具开模时取出制件的开合度，必须保证压机上下工作台高度差。如图所示为压机开距和模具闭合高度的关系示意。图2-2压机开距模具闭合高度Figure2-2Pressopeningdieclosingheight两距离之间的关系校核式为：(510)maxmaxADhh~(2-6)+(1015)minminAD~(2-7)式中：maxA表示模具最大闭合高度，单位mmminA表示模具最小闭合高度，单位mmmaxD表示压机最大开距，单位mmminD表示压机最小开距，单位mmh表示塑件最大高度，单位mmh表示阳模高度，单位mm(5)推杆行程校核
【参考文献】：
期刊论文
[1]压塑工艺及模具设计——上篇 塑料压制成型 第一讲 概论（二）[J]. 洪慎章. 橡塑技术与装备. 2019(20)
[2]高职机械制造类专业开设逆向工程课程的必要性分析及实践[J]. 杨玉霞,李艳钰,高清冉. 南方农机. 2019(17)
[3]热压罐成型复合材料所用框架式模具热弹性耦合优化设计[J]. 贾东升,高彤,唐磊,许英杰. 航空制造技术. 2019(21)
[4]电热变模温注塑模具加热系统优化研究[J]. 李泰栋,沈子宜,贾亚东,俞志辉,李吉泉. 塑料工业. 2019(01)
[5]椅旁CAD/CAM修复体边缘适应性的研究进展[J]. 郑梓婷,闫文娟. 口腔颌面修复学杂志. 2019(01)
[6]热压印成型导光板的模具温控系统设计[J]. 李楷,吴大鸣,任仰龙,赵中里,孙靖尧. 模具工业. 2018(11)
[7]H13热作模具钢的变质处理与性能研究[J]. 周灿,张庆贺. 热加工工艺. 2018(16)
[8]基于CAE的微注塑模具优化设计[J]. 蒋晶,姜潇桐,张康康,李倩,刘国际. 中国塑料. 2018(08)
[9]浅析UG在机械制图教学中的应用[J]. 袁禛嶽,教传艳. 数码世界. 2018(06)
[10]聚合物热黏弹塑性变形微热压成型机理的数值模拟研究[J]. 邓腾,周国发,宋佳佳. 中国塑料. 2018(02)
博士论文
[1]激光选区熔化成形模具钢材料的组织与性能演变基础研究[D]. 赵晓.华中科技大学 2016
[2]铝合金高周疲劳的能量耗散模型及寿命预测[D]. 张亮.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于层合速凝原理的陶瓷件快速制造设备及材料成型研究[D]. 高东强.陕西科技大学 2012
硕士论文
[1]不同含量Gd、Ni对Mg-Gd-Ni合金滞弹性及力学性能的影响[D]. 杨玉林.西安理工大学 2019
[2]新型塑料模具钢35CrMnSiMoNi组织和性能的研究[D]. 杨典典.西安工业大学 2019
[3]模具钢激光抛光过程的数值模拟与缺陷机理分析[D]. 张伟康.华中科技大学 2019
[4]H13钢表面梯度熔覆层耐磨性研究及寿命预测[D]. 邓成旭.燕山大学 2019
[5]基于Moldflow的关节轴承注塑成型分析与游隙控制研究[D]. 李秉强.燕山大学 2019
[6]H13模具钢等离子喷焊层制备及性能研究[D]. 王泽宇.中北大学 2019
[7]飞机用复合材料成型模具逆向建模与制造工艺研究[D]. 范喜祥.哈尔滨工业大学 2018
[8]基于数字摄影扫描测量的逆向建模技术及其在某航空部件再制造中的应用[D]. 马彤彤.华北水利水电大学 2018
[9]分离式钢箱梁桥面板疲劳寿命评估[D]. 许金双.苏州科技大学 2017
[10]动车组横向止挡减振器有限元仿真及性能预测研究[D]. 衣晨阳.青岛科技大学 2017
本文编号：3257472
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