精冲模具磨损分析及其磨损测试装置设计实验

发布时间：2020-06-03 19:04

【摘要】：精冲是在普冲基础上发展起来的一种精密冲压加工工艺,其理论基础是金属在三向静水压应力作用下有更好的塑性成形能力。精冲过程中,板料金属在较大三向静水压应力下发生剪切变形,抑制裂纹的产生与延展。因此得到的零件表面有较高的垂直度和平行度,剪切面光亮平整,可以直接用于装配。但在精冲过程中,模具同时承受较大的摩擦力和交变挤压力,以及由摩擦产生的热效应,上述恶劣的工作环境直接影响着模具的使用寿命。因此,预测精冲模具磨损情况并及时换模具有重要意义。针对上述问题,本文在用有限元软件模拟精冲磨损过程的基础上,提出设计板料挤压模具的方法研究精冲模具磨损,并进行挤压磨损实验。主要研究内容总结如下:通过有限元模拟精冲剪切过程,结合Archard磨损模型,从接触应力分布和材料滑动两个方面来分析模具磨损。总结了模具侧面、刃口和底面的磨损原因。凸模刃口部位磨损最剧烈,最先发生破坏。要研究精冲模具磨损机理,最直接的方式就是进行精冲实验。由于精冲工艺的复杂性和精冲设备的精密性,在实验室进行精冲实验需要多次拆卸装配,无法保证模具装配精度,会对磨损结果造成很大影响。本文基于精冲模具磨损条件,提出设计V形销-板模型和板料挤压模具两种方式,来研究精冲模具磨损。采用DEFORM软件对两种模型与精冲模具在成形过程中的受力与材料滑动情况进行模拟比较,发现两种模型与精冲模具磨损近似相同,可以用来进行精冲模具磨损的研究。对比两种模型的优缺点,最后选用板料挤压方式进行下一步研究。在此基础上,设计带有压边的板料挤压模具,并对其进行实验。从剪切面塌角和光亮带两方面分析挤压零件。采用板料移印的方式,在挤压板料上蚀刻圆形网格,并进行挤压实验,定量测量了单次挤压过程中材料沿着刃口处滑动情况,总结不同尺寸段处材料滑动大小与规律。进行大批量板料挤压实验,测量不同挤压次数模具刃口轮廓,并对其演化曲线拟合分析。
【图文】：

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第一章绪论普冲基础上发展起来的一种精密成形工艺，典型精冲与普通冲裁相比，精冲工艺最明显的特征是在凹模和同时相对于凸模运动方向引入了反顶装置[1]。其理论力作用下，塑性成形能力得到提高。模具将金属变形纹的产生与延展得到抑制。精冲与普通冲裁相比有着得到尺寸精度高、表面性能好的零件，可以直接用于要由剪切机制作用，而普通冲裁过程是由剪切和断裂工艺具有节省加工时间、节约成本、零件质量优良等天、造船、汽车、铁路、建筑、医疗、化工等领域得

压边圈,材料流动,精冲,压机

图 1-2 四种不同 V 形压边圈配置下剪切过程中材料流动比较[8]g1-2 Comparison of the material flow analysis during the cutting phase of the four cases oV-ring indenter formed在精冲工艺优化方面，常见的手段主要有：改进精冲压机或模具设计结正交实验或有限元模拟不同工艺参数得到最优结果。精冲压机需要具有高刚度和良好的动态性能以确保精冲精度。Hua 等[15]采用有限元模拟和技术对 12000kN 精冲压机进行结构优化，最终实现了在减轻压机重量的有所提高。Qin 等[16]通过实验和有限元模拟分析了不加 V 形压边圈时，式凸模冲压板料时的理论机制。阶梯式凸模结构增加了剪切区的静水压料流动，因此同样能得到光亮的剪切面。对于尺寸要求高的精密齿轮类零负凸凹模间隙可以解决精冲塌角问题。负模具间隙越大，零件塌角相应趋于定值[17]。在优化 V 形压边圈方面，Huang 等[18]提出在压边板上加流施加静水压力来替代压边圈的的形式来优化精冲结构，比较了 U 形、V形型腔的差异，并对型腔形状进行优化，最后得到精冲件剪断面能达到的光亮带，，在相同条件下比传统的精冲件质量还要高。由于连续的 V 形工困难，Mao 等[19]提出采用不连续的点压头替代压边圈，从而降低成本
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG385

【参考文献】