带PVD镀层热冲压模具材料疲劳特性研究

发布时间：2017-07-26 02:01

  本文关键词：带PVD镀层热冲压模具材料疲劳特性研究

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【摘要】：热冲压模具作为热冲压生产中的核心部分,其过早发生的疲劳破坏严重制约着汽车零部件的生产成本,因此减少模具疲劳破坏,提高模具使用寿命是生产商削减生产成本的有效途径。影响模具疲劳寿命的因素不仅来自在冲压过程中的热循环作用,而且循环应力对其的影响作用,以及在长期循环作用下模具发生的表面氧化,这些因素的综合作用会对模具表面产生不利影响,缩减模具疲劳使用寿命。因此提高模具寿命应首先提高模具表面质量。目前表面镀层技术是优化模具表面机械性能的先进技术,本文针对热冲压模具表面的抗热机疲劳性能进行系统研究,引入PVD (Physical Vapor Deposition)镀层对常用热冲压模具(H13)表面进行强化,通过设计模拟冲压过程“冲击-滑移-保压”试验对比表面带有CrN镀层与无镀层模具材料的耐热-机疲劳力学性能,获得模具材料(H13)在PVD镀层强化下的服役性能,并进一步对比了45钢材料在同种工况下的相应性能,结合有限元模型,探究PVD镀层对提高不同模具材料耐热机疲劳性能的优化作用,上述研究,对于指导实际生产模具表面镀层技术处理及应用提供有效指导。为了保证仿真以及后续分析的可靠性,本文基于典型热机疲劳试验进行典型模具材料关键服役数据和疲劳耐久基础性能的探究,首先研究了热冲压温度对模具寿命的影响,考虑了模具表面受力对模具表面质量的影响、测定了镀层表面粗糙度、镀层厚度、镀层硬度等镀层相关的基础参数。通过SEM及高倍光学显微镜对试验后镀层及模具材料进行显微观察,探究在综合因素影响下对镀层以及模具材料微观特性的影响。其次,以Abaqus有限元分析软件和Ncode疲劳寿命分析软件为主要研究工具,通过Abaqus建立相应的有限元分析模型,实现考虑了热力耦合作用及镀层模型引入的整体仿真系统。设计了有加热功能的冲压试验装置,从而验证模型的受力趋势以及温度影响。在热力耦合影响下的仿真受力结果与试验采集的数据吻合良好,验证了有限元仿真结果的合理性和有效性。进一步通过Ncode疲劳寿命仿真分析软件,将有限元分析结果进行疲劳寿命预测,通过分析结果对比得到PVD镀层对模具疲劳寿命的优化。优化后的模具表面相对没有镀层的模具表面寿命有显著提高,结合试验结果,表面优化的模具材料的抗疲劳效果相对没有优化的模具表面有显著提高,从而证明PVD镀层对提高模具表面使用寿命有显著作用,此表面优化技术对以后热冲压模具表面优化有一定的启发以及为实际模具表面处理提供了借鉴。
【关键词】：热冲压模具 PVD镀层 寿命预测 冲击-滑移-保压试验
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TG305
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 国内外应用和研究现状11-13
• 1.1.1 模具疲劳寿命研究11-12
• 1.1.2 国内外研究现状12-13
• 1.2 模具疲劳概述13-18
• 1.3 疲劳理论与疲劳寿命预测仿真研究现状概述18-20
• 1.3.1 疲劳理论发展概述18
• 1.3.2 疲劳寿命仿真分析研究现状18-20
• 1.4 本文研究的主要内容20-21
• 2. PVD技术概述21-29
• 2.1 气相沉积技术分类及基本原理概述21-22
• 2.2 PVD镀层分类22-24
• 2.3 PVD镀层制备24-25
• 2.4 PVD镀层基本性能研究25-29
• 2.4.1 镀层表面形貌及表面粗糙度25-27
• 2.4.2 表面硬度27
• 2.4.3 镀层截面厚度27-29
• 3. 累积疲劳损伤理论及疲劳破坏机理29-35
• 3.1 线性疲劳累积损伤理论30-31
• 3.2 低周与高周疲劳损伤理论31-32
• 3.2.1 低周疲劳理论31-32
• 3.2.2 高周疲劳理论32
• 3.3 疲劳破坏的机理32-33
• 3.4 影响疲劳损伤寿命的重要因素33-35
• 4. 试验方法和材料35-57
• 4.1 试验研究路线35-36
• 4.2 试验方法36-44
• 4.2.1 分析路线36
• 4.2.2 研究方案36-37
• 4.2.3 试验材料选择与制备37-42
• 4.2.4 疲劳试验试验装置42-43
• 4.2.5 试验测试分析43-44
• 4.3 装置设计及制造44-52
• 4.3.1 热机疲劳试验装置工作原理44-45
• 4.3.2 热机疲劳试验装置模型设计45-46
• 4.3.3 试验装置材料选择与加工46-48
• 4.3.4 试验装置装配与调试48-52
• 4.4 模具材料疲劳试验52-57
• 4.4.1 冲击次数对模具疲劳寿命影响分析52-55
• 4.4.2 镀层对模具材料表面优化分析55
• 4.4.3 不同温度对模具材料疲劳寿命影响分析55-57
• 5. 疲劳仿真研究设计57-69
• 5.1 疲劳试验有限元分析57-60
• 5.1.1 几何模型的建立57-59
• 5.1.2 有限元模型的建立59-60
• 5.2 有限元模型应力计算60-64
• 5.2.1 有限元模型应力计算61-62
• 5.2.2 有限元计算结果62-64
• 5.3 疲劳寿命计算64-69
• 5.3.1 疲劳寿命分析计算64
• 5.3.2 疲劳寿命分析方法64-65
• 5.3.3 载荷谱65-69
• 6. 试验与仿真结果分析69-94
• 6.1 试验结果分析69-78
• 6.2 仿真结果分析78-94
• 6.2.1 有限元分析78-90
• 6.2.2 疲劳损伤分析90-94
• 结论94-96
• 参考文献96-100
• 致谢100-101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 阳光武;机车车辆零部件的疲劳寿命预测仿真[D];西南交通大学;2005年

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本文编号：574207