轮胎模具钢片冲压成形及模拟技术研究
发布时间：2021-11-19 15:47
轮胎模具钢片在冲压成形过程中,由于材料属性、冲压工艺条件以及加工环境等因素的影响,轮胎模具钢片成形后会出现破裂、起皱、回弹等缺陷问题。工艺缺陷的产生会对后续与花纹块的装配产生干扰,进而影响到轮胎花纹的硫化成型精度。本课题以平形轮胎模具钢片为研究对象,采用将理论分析与有限元模拟仿真相结合的方法,探索轮胎模具钢片在冲压成形过程中工艺参数对冲压成形质量的影响规律,分析其主要加工板材SS304不锈钢的材料性能,并建立轮胎模具钢片冲压模型,通过有限元模拟软件模拟,分析不同模具间隙、摩擦系数、压边力以及冲压速度下的轮胎模具钢片成形质量规律,预测成形缺陷,优化工艺参数。论文主要工作包括以下几个方面:（1）介绍轮胎模具钢片在轮胎硫化成型中的重要作用,并对其在冲压成形过程中的工艺缺陷及缺陷产生机理进行归纳总结,比较系统的介绍了有限元冲压成形理论,包括材料模型、接触摩擦以及求解算法等。（2）利用电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS和Instron型材料试验机获得SS304不锈钢的主要材料性能参数。阐述轮胎花纹种类和工艺要求,分析轮胎模具钢片成形技术及工艺流程。（3）建立平形轮胎模具钢片模型,确定成形极限图和...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直角坐标系应力分布
青岛科技大学研究生学位论文11象，导致成形工件的精度无法满足工艺生产需要。综上所得，破裂、起皱、回弹是冲压成形领域主要的三个工艺缺陷，如何在满足工艺精度的同时减少上述工艺缺陷的产生，也是后续生产加工的研究重点。2.2.1破裂破裂是板料冲压成形过程中最为严重的工艺缺陷，一旦成形零部件出现破裂现象就必被淘汰。破裂的本质是由于拉伸变形过程中应变强化过大，严重超出了板料的极限形变量，导致冲压成形过程中出现过度减薄而产生裂纹最终发生破裂。按照破裂性质划分为强度破裂及塑形破裂[44]，当变形区强度达到极致时，产生强度破裂；当变形区的变形水平超过板料最大变形量，则会产生塑性破裂，如图2-2所示。有限元模拟技术判断破裂的依据主要有成形极限图、最大减薄率、成形后应力应变分布等。图2-2强度破裂与塑性破裂力与形变示意图Fig.2-2schematicdiagramofstrengthfractureandplasticfractureforceanddeformation在板料冲压成形过程中，由于板料本身抗拉强度小于内部拉应力的原因，使板料在冲压成形时板料内部出现应力失稳现象，进而引发成形零部件局部发生破裂，严重影响加工零部件成形质量。导致破裂产生的因素如下所述：（1）当压边力设置过大时，板料内部流动会受到较大的阻力，导致板料流动速度变慢，产生拉伸过度变形；（2）凸凹模间隙太小，合模时板料过于夹紧，导致流动阻力过大，润滑不到位导致板料无法成行，易产生破裂现象；（3）凹模拔模角太小，板料拉伸深度过大，板料本身性能无法满足深度拉伸，导致产生破裂现象。
轮胎模具钢片冲压成形及模拟技术研究122.2.2起皱起皱是由于板料在冲压成形过程中受到应力压缩而产生的失稳现象[45]，是板料冲压过程中常见的工艺缺陷之一。其产生机理相对复杂，主要原因是冲压成形过程中板料内部产生应力分布不均现象，厚度方向所受压力过大而导致局部出现塑性变形，使得零部件表面及边缘部位出现高低起伏的波纹，对成形零部件的外观和成形精度产生影响。起皱机理如图2-3所示：图2-3冲压成形起皱机理Fig.2-3wrinklingmechanismofstamping起皱现象不会影响板料的强度，但是会影响零部件美观，无法满足成形件的工艺设计要求，同时会对后续生产装配造成影响。导致起皱产生的因素如下所述[46]：（1）压边力过小，模具间隙过大以及拉伸筋间隙较大都会使板料流动阻力变小，流动速度过快，产生起皱现象；（2）模具弯曲角尺寸设计过大，导致板料内部流动阻力减少，进而产生起皱现象；（3）零件拉伸深度较小，使成形零部件局部变形不充分。2.2.3回弹模具卸载后的回弹变形始终是冲压成形领域中难以攻克的工艺缺陷之一。板料冲压成形过程中同时伴随着弹性变形和塑形变形。冲压成形完成后，板料会产生不可恢复的塑性变形，但成形零部件内部仍然存在弹性变形。回弹是指当外载荷消失，成形零部件塑性变形部分保持不变，板料内部弹性变形消失而产生弹性恢复的现象，回弹导致成形后的零部件尺寸与实际工艺需求产生偏移[47-48]，使得无法与后续的工序完成精确的装配，影响正常的加工流程。回弹的本质是反动现象，即对冲压成形中的一系列作用力所产生的最终表层现象的阻碍行为[49]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Dynaform的6016-T4P铝合金汽车机舱盖模面优化[J]. 田国富,李文杰,李君基. 锻压技术. 2020(01)
[2]T形盒形件拉延冲压工艺优化[J]. 鲜敏,彭威,于培师,赵军华. 锻压技术. 2019(12)
[3]基于Dynaform的弯曲成型及回弹数值模拟[J]. 毛欣然,刘淑梅,罗阳,吴昊然. 黑龙江科学. 2019(10)
[4]冲压模具的结构变形分析及型面补偿技术[J]. 石光林,程金海,夏明祥,吕少文,周雪兆. 锻压技术. 2018(08)
[5]车门内板冲压工艺设计与成形分析[J]. 杨谊丽. 金属加工(热加工). 2018(04)
[6]基于DynaForm的餐盘拉深成形工艺优化与模具设计[J]. 杨太德,沈军利. 模具工业. 2016(11)
[7]子午线轮胎模具钢片加工工艺[J]. 林莉,陈庆湘. 中国橡胶. 2016(13)
[8]拼焊板U形件弯曲成形回弹补偿和焊缝移动规律研究[J]. 刘晓晶,周文浩,刘博,王哲,王聪. 材料科学与工艺. 2015(06)
[9]雪地轮胎性能[J]. 徐军辉. 世界汽车. 2015(11)
[10]2024铝合金筒形件拉深成形试验与有限元仿真[J]. 王巍,刘春,李东升. 锻压技术. 2014(11)
博士论文
[1]基于能量法的压痕硬度和残余应力测试原理、方法和实验研究[D]. 金宏平.华中科技大学 2012
[2]板料回弹控制的工艺参数优化和模面补偿技术的研究[D]. 阳湘安.华南理工大学 2011
[3]车身覆盖件成形仿真软件平台若干新技术研究[D]. 郑国君.吉林大学 2009
[4]板料冲压成形回弹理论及有限元数值模拟研究[D]. 张冬娟.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]不锈钢薄板光纤激光切割工艺研究[D]. 郑磊.济南大学 2017
[2]汽车前翼子板冲压成形的实验及数值仿真研究[D]. 鲍月峰.吉林大学 2017
[3]运载火箭异形结构钣金件成形工艺研究[D]. 李亚萌.北华航天工业学院 2017
[4]板材多点成形中起皱和回弹的数值分析[D]. 陈喜娣.吉林大学 2004
本文编号：3505360
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直角坐标系应力分布
青岛科技大学研究生学位论文11象，导致成形工件的精度无法满足工艺生产需要。综上所得，破裂、起皱、回弹是冲压成形领域主要的三个工艺缺陷，如何在满足工艺精度的同时减少上述工艺缺陷的产生，也是后续生产加工的研究重点。2.2.1破裂破裂是板料冲压成形过程中最为严重的工艺缺陷，一旦成形零部件出现破裂现象就必被淘汰。破裂的本质是由于拉伸变形过程中应变强化过大，严重超出了板料的极限形变量，导致冲压成形过程中出现过度减薄而产生裂纹最终发生破裂。按照破裂性质划分为强度破裂及塑形破裂[44]，当变形区强度达到极致时，产生强度破裂；当变形区的变形水平超过板料最大变形量，则会产生塑性破裂，如图2-2所示。有限元模拟技术判断破裂的依据主要有成形极限图、最大减薄率、成形后应力应变分布等。图2-2强度破裂与塑性破裂力与形变示意图Fig.2-2schematicdiagramofstrengthfractureandplasticfractureforceanddeformation在板料冲压成形过程中，由于板料本身抗拉强度小于内部拉应力的原因，使板料在冲压成形时板料内部出现应力失稳现象，进而引发成形零部件局部发生破裂，严重影响加工零部件成形质量。导致破裂产生的因素如下所述：（1）当压边力设置过大时，板料内部流动会受到较大的阻力，导致板料流动速度变慢，产生拉伸过度变形；（2）凸凹模间隙太小，合模时板料过于夹紧，导致流动阻力过大，润滑不到位导致板料无法成行，易产生破裂现象；（3）凹模拔模角太小，板料拉伸深度过大，板料本身性能无法满足深度拉伸，导致产生破裂现象。
轮胎模具钢片冲压成形及模拟技术研究122.2.2起皱起皱是由于板料在冲压成形过程中受到应力压缩而产生的失稳现象[45]，是板料冲压过程中常见的工艺缺陷之一。其产生机理相对复杂，主要原因是冲压成形过程中板料内部产生应力分布不均现象，厚度方向所受压力过大而导致局部出现塑性变形，使得零部件表面及边缘部位出现高低起伏的波纹，对成形零部件的外观和成形精度产生影响。起皱机理如图2-3所示：图2-3冲压成形起皱机理Fig.2-3wrinklingmechanismofstamping起皱现象不会影响板料的强度，但是会影响零部件美观，无法满足成形件的工艺设计要求，同时会对后续生产装配造成影响。导致起皱产生的因素如下所述[46]：（1）压边力过小，模具间隙过大以及拉伸筋间隙较大都会使板料流动阻力变小，流动速度过快，产生起皱现象；（2）模具弯曲角尺寸设计过大，导致板料内部流动阻力减少，进而产生起皱现象；（3）零件拉伸深度较小，使成形零部件局部变形不充分。2.2.3回弹模具卸载后的回弹变形始终是冲压成形领域中难以攻克的工艺缺陷之一。板料冲压成形过程中同时伴随着弹性变形和塑形变形。冲压成形完成后，板料会产生不可恢复的塑性变形，但成形零部件内部仍然存在弹性变形。回弹是指当外载荷消失，成形零部件塑性变形部分保持不变，板料内部弹性变形消失而产生弹性恢复的现象，回弹导致成形后的零部件尺寸与实际工艺需求产生偏移[47-48]，使得无法与后续的工序完成精确的装配，影响正常的加工流程。回弹的本质是反动现象，即对冲压成形中的一系列作用力所产生的最终表层现象的阻碍行为[49]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Dynaform的6016-T4P铝合金汽车机舱盖模面优化[J]. 田国富,李文杰,李君基. 锻压技术. 2020(01)
[2]T形盒形件拉延冲压工艺优化[J]. 鲜敏,彭威,于培师,赵军华. 锻压技术. 2019(12)
[3]基于Dynaform的弯曲成型及回弹数值模拟[J]. 毛欣然,刘淑梅,罗阳,吴昊然. 黑龙江科学. 2019(10)
[4]冲压模具的结构变形分析及型面补偿技术[J]. 石光林,程金海,夏明祥,吕少文,周雪兆. 锻压技术. 2018(08)
[5]车门内板冲压工艺设计与成形分析[J]. 杨谊丽. 金属加工(热加工). 2018(04)
[6]基于DynaForm的餐盘拉深成形工艺优化与模具设计[J]. 杨太德,沈军利. 模具工业. 2016(11)
[7]子午线轮胎模具钢片加工工艺[J]. 林莉,陈庆湘. 中国橡胶. 2016(13)
[8]拼焊板U形件弯曲成形回弹补偿和焊缝移动规律研究[J]. 刘晓晶,周文浩,刘博,王哲,王聪. 材料科学与工艺. 2015(06)
[9]雪地轮胎性能[J]. 徐军辉. 世界汽车. 2015(11)
[10]2024铝合金筒形件拉深成形试验与有限元仿真[J]. 王巍,刘春,李东升. 锻压技术. 2014(11)
博士论文
[1]基于能量法的压痕硬度和残余应力测试原理、方法和实验研究[D]. 金宏平.华中科技大学 2012
[2]板料回弹控制的工艺参数优化和模面补偿技术的研究[D]. 阳湘安.华南理工大学 2011
[3]车身覆盖件成形仿真软件平台若干新技术研究[D]. 郑国君.吉林大学 2009
[4]板料冲压成形回弹理论及有限元数值模拟研究[D]. 张冬娟.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]不锈钢薄板光纤激光切割工艺研究[D]. 郑磊.济南大学 2017
[2]汽车前翼子板冲压成形的实验及数值仿真研究[D]. 鲍月峰.吉林大学 2017
[3]运载火箭异形结构钣金件成形工艺研究[D]. 李亚萌.北华航天工业学院 2017
[4]板材多点成形中起皱和回弹的数值分析[D]. 陈喜娣.吉林大学 2004
本文编号：3505360
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3505360.html
