基于CAE的冲压模具失效分析及再制造修复研究

发布时间：2020-04-29 09:10

【摘要】：汽车新车型研发以及汽车轻量化发展需要相应的技术更新,模具则是实现这些技术更新的硬件支持。模具最主要的失效形式是磨损,模具磨损实验研究周期长,结合CAE技术可以提高研究效率,更好地总结规律,现阶段关于冲压模具的CAE研究大部分是围绕挤压、锻压等工艺展开的,相对来说对于冲裁过程的研究则不多。为提高资源的利用效率,再制造技术逐渐成为延长模具寿命的有效手段,目前对于模具修复时机的选择还没有一个确定方法,一般都是根据经验或模具失效后进行修复,修复效果参差不齐。本文介绍了模具失效形式及影响因素,利用Deform-3D仿真模拟软件,基于Archard磨损模型以及CockcroftLatham断裂准则,对制件的冲裁过程进行仿真分析,得到板料冲裁过程中应力、载荷及模具磨损量、最大磨损速率等数据,并进行分析。在单一变量的原则下,对冲裁过程进行仿真模拟,研究冲裁速度、热处理硬度、表面润滑条件对磨损量的影响规律,使用SPSS数据分析软件对仿真结果进行分析并进行正交试验,得到几种因素共同影响下减少磨损量的最优组合,对优化后的组合再次进行仿真,结果表明冲裁模具的磨损量有效的降低了20.8%。根据实际生产中模具的磨损情况,对模具的磨损过程进行叠加的仿真模拟,拟合出了关于模具磨损与寿命间的线性回归方程,并根据方程预测出模具的寿命,联系实际生产,对模具寿命的预测较为准确;分析在模具在生产中,磨损失效与疲劳失效对于模具寿命影响,运用Ansys Workbench中的疲劳分析模块对模具进行疲劳分析,预测出模具的疲劳寿命,对比发现磨损对于模具的寿命的影响要略大。结合再制造中心的研究,对使用Ni60B涂层修复后模具的磨损情况仿真模拟,结果表明,在Ni60B中添加WC与Co可以有效的降低修复后模具的磨损,与实际实验数据相符,体现了CAE在再制造中的运用是可行的;改变涂层厚度对冲裁过程仿真,结果表面涂层厚度与修复后模具磨损量间没有太过明显地线性关系,具体联系较为复杂;选择不同修复时机,对修复后的模具进行叠加的冲裁模拟,结合磨损积累法进行分析,结果表明在一定范围内选择合适的模具修复时机能够有效的降低修复后模具磨损量,延长模具寿命,为CAE在再制造中的应用提供了思路。
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年增长率,总产量,冲压模具

中国数据统计局给出的调查数据表明，近些年，我国在模具方 1.8 万亿元，而且还按照平均每年 17%的幅度快速增加，增长了我国国内生产总值的平均增长水平；在机械制造业中，特别造，都和模具息息相关，中国约有 2/5 的模具产品是直接用于的[1~2]。一直都是汽车制造业中最基本的设备，在汽车生产过程中，车制件都需要在模具的参与下完成制造，而在模具行业中，冲压期短、便捷、节约原料、产品符合轻量化趋势、具有较高刚度足大部分生产需要等优点占据了大片的市场；例如生产一辆汽，冲压模具就占了 67%[3]，，如在汽车的外形研发过程中，绝大车身的造型设计展开的，汽车的外形制造则离不开冲压模具。社会环境下提高企业竞争力，研发更加有效更加节约成本的费大量的资金与时间投入到模具的设计与制造中去。在整个汽，冲压模具从最初的设计阶段到优化及研发阶段再到企业的生的时间就占了 60%~70%，成为了主导新型汽车研发的重要因，汽车产值在逐渐增长的同时也带动了汽车冲压模具的发展。局数据表明，近年来，全球汽车产量从 7770 万辆增长至 906为 3.14%。

模具行业,增长量,产值

图 1-2 我国模具行业产值增长量Fig.1-2 The growth of mold production in China.E 在冲压模具中的应用周知，冲压成型的过程即材料的成形过程往往伴随着瞬时的形状、结构等，而由于成形过程的短暂，无法直接进行观察。材料的成分、组织与性能处于最佳的状态并且选择正确的加工到最小或者将其转移到可移除部分，才可以得到最符合要求的往的经验来看，这些部分都是很难去直接观察瞬态变化的，这产品的生产计划时，需要对该产品相关的生产经验有一定的掌品，则需要采用试错的方式来不断调试以获得最优的生产工艺一些大型或者是成本较高的产品来说，这样的研发方式势必会及更高昂的价格，甚至造成严重的经济损失。计算机技术的不断成熟，CAE 技术也越来越多的应用到工业 CAE 技术可以对材料的成形过程进行仿真模拟，利用计算机个过程中材料的温度变化、形状变化、结构等进行观察与控制得到所需的结果。通过对材料成型过程的仿真模拟，可以得到的一些缺陷，如断裂起皱等，可以利用得到的仿真结果，对产
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG385.2

【参考文献】