X2外齿冲头裂纹分析及寿命改善研究

发布时间：2020-08-05 22:13

【摘要】：精冲技术飞速发展,在现代制造工业得到广泛应用。精冲模具寿命的高低影响到企业的生产效率和成本,因此精冲模具寿命的研究是精冲领域研究的重点。本文针对X2外齿冲头多发的裂纹现象进行研究,以期解决企业实际问题。(1)对模具失效现象进行了分析。统计模具出现裂纹的位置及数量,发现了裂纹全部出现在电火花倒角的冲齿工作面。失效模具的力学性能测试呈现了电火花倒角斜面的硬度与心部有较大差异。借助纳米压痕仪对斜面边缘到心部40μm内的微观硬度进行测量,发现了其硬度随距离增加呈现单峰特征。根据这一硬度变化趋势推测斜面边缘存在白层,借助到光镜和电镜对电火花倒角斜面是否存在白层进行验证,同时借助超景深显微镜观察裂纹扩展路径并追寻裂纹萌发位置。此外,借助电镜对断裂试样的断口形貌分析,最终判断为疲劳断裂。(2)对去除白层进行了研究。自制电解抛光系统对快速线切割表面白层进行电解抛光,发现白层厚度有减小并且表面平整度有改善。在实验验证可行性后设计了一组三因素三水平的正交试验,以白层厚度的变化及表面粗糙度的变化量为衡量指标,探究电解参数对抛光质量的影响。最终得出高氯酸酒精溶度为10%,电解电压为20V,电解时间为10分钟的电解参数下能获得最好的抛光效果,并且该方法对慢走丝线切割产生的白层同样有效。(3)采用有限元软件DEFORM对冲齿成形过程进行模拟,分析外齿冲头齿区和倒角区在成形过程中的应力分布。发现应力值不足以破坏材料,而是倒角区应力提供动力源使内部裂纹扩展。设计出一组不同角度倒角的冲头,改善材料流动使应力重新分布,将倒角区的应力向齿区转移,发现适当增大斜面倒角角度,但最好不超过60°,可以减小倒角区应力,延缓裂纹扩展并提高模具寿命。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG385.2
【图文】：

精冲,工作原理图

科技大学硕士学位论1 绪论形式一种能得到高尺寸精度、良好断面质量零件的效率、低能耗、高质量以及良好的经济利益等、仪器仪表及家电等领域。齿圈压边）的原理如图 1-1 所示，压边力 FR在凸，使材料压紧在凹模上并在 V 形齿内侧面产生入材料时，反顶缸施加反顶力 FG压紧材料，被冲材料处于三向压应力作用下，塑性将会大纯剪切形式生成[1]。

示意图,精冲模具,崩刃,示意图

齿板成形模具 90 21 43 23 177占比 50.8% 11.9% 24.3% 13.0% 100%棘轮成形模具 364 176 84 125 749占比 48.6% 23.5% 11.2% 16.7% 100%表中其它表示尺寸超差，机床漏油或微小部件损坏等因素等。结合统计情况及企业调研发现，可以判断精冲模具主要形式为崩刃、断裂（撕裂）和磨损，而崩刃、断裂（疲劳）失效主要是由裂纹引起。在模具材料朝高强度发展时代，模具材料强度不足引起的脆性断裂较少产生。企业认为磨损会造成毛刺和零件尺寸超差，但较难避免，因此一般不太关注模具磨损。精冲模具的崩刃是由刃口承受高压、高热及摩擦等作用引起，上述作用在模具刃口产生较大应力，并且在刃口和侧面会存在一个应力梯度场，在弹塑性变形过渡区域容易产生裂纹，在应力作用下进行扩展并最终导致崩刃[2]。模具崩刃可以分为四个阶段，如图 1-2 所示。

断裂图,齿板,凸凹模,崩刃

图 1-3 齿板凹模崩刃及薄壁凸凹模的断裂图精冲模具的磨损主要由模具各面之间及与被冲材料的强烈摩擦引起，尤其是偏载（冲裁合力中心与机床中心不一致）会加剧摩擦，但这种现象较难避免。将磨损划分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损三阶段。三阶段对应磨损分别为塑性变形、摩擦磨损、疲劳损坏，如图 1-4 所示[3]。图 1-4 冲裁时磨损过程企业观察到的模具磨损现象，如图 1-5 所示。

【参考文献】