超高强钢板冲压模具磨损CAE分析与寿命预测

发布时间：2017-08-12 11:33

  本文关键词：超高强钢板冲压模具磨损CAE分析与寿命预测

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【摘要】：汽车工业的高速发展使能源问题日益严重,实现汽车轻量化和节能减排是汽车工业发展的必然选择。超高强钢因具有较高的强度,能满足汽车轻量化、碰撞安全性、节能减排的要求,已被广泛应用于汽车车身结构件和安全加强件等重要零部件中。超高强钢板的高强度,导致冲压成形时模具的工作条件较恶劣,所受载荷更大,模具的磨损情况也更为严重,给汽车模具的设计和应用带来了一系列的问题。目前大多数磨损研究主要集中在实验方面,然而研究结果会受各种外部条件影响,难以为工程设计提供快捷的方法。在模具磨损的数值模拟方面,针对挤压、锻压等其他成形工艺的研究比较多,而超高强钢板冲压模具磨损方面的研究较少。针对这一现象,本文提出了一种有效而快捷的预测模具磨损量和使用寿命的方法。该方法采用Archard磨损理论,基于动力显示算法,采用拉格朗日增量法模拟板料冲压过程。计算得到成型结束后的板料应力、模具磨损量、相对滑移速度、接触压力等数据,结果表明模具磨损主要集中在材料流动较多的区域。为了研究模具磨损的影响因素,分别改变模具硬度、冲压速度、模具材料、模具间隙和冲压行程等参数对板料冲压过程进行数值仿真,对比分析模具的最大磨损量,总结各参数对模具磨损的影响规律。结果表明：在一定范围内,模具磨损量与模具硬度、模具间隙呈反向的非线性关系;模具磨损量与冲压速度呈正比关系；不同材料的抗磨损性能不同；模具磨损量与冲压行程的关系较复杂。最后考虑实际生产中,前次冲压过程对后续冲压的影响,采用磨损累积法预测模具修模前的使用寿命。并通过白光扫描试验测量模具的实际磨损量,通过对比分析发现模拟结果与试验数据的误差较小,表明所用的CAE分析方法是正确可行的,有利于超高强钢板冲压工艺参数的确定和模具的设计制造,具有一定的工程价值。
【关键词】：冲压数值模拟 超高强钢 模具磨损 寿命预测 磨损试验
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U466;TG385.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 课题的研究背景13-17
• 1.1.1 超高强钢在汽车生产中的应用13-15
• 1.1.2 超高强钢板冲压模具的应用现状15-17
• 1.2 课题的研究意义17-18
• 1.3 模具磨损与寿命预测的研究现状18-21
• 1.3.1 模具磨损的研究现状18-20
• 1.3.2 模具寿命预测的研究现状20-21
• 1.4 论文的主要研究内容21-23
• 第2章 冲压模具磨损的理论基础与有限元应用23-33
• 2.1 模具的磨损机理23-25
• 2.2 模具的磨损过程25-26
• 2.3 磨损的基本模型26-29
• 2.3.1 磨损理论26-27
• 2.3.2 磨损计算模型27-29
• 2.4 模具失效的主要影响因素29-30
• 2.5 有限元在金属塑性成形中的应用30-32
• 2.5.1 有限元基本理论30-31
• 2.5.2 冲压成形CAE分析的特点31-32
• 2.5.3 分析成形过程的动态显示算法32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 预测超高强钢板冲压模具磨损的CAE方法33-47
• 3.1 几何模型33-35
• 3.2 材料模型35-37
• 3.2.1 板料成型重要参数35-36
• 3.2.2 模具的材料模型36
• 3.2.3 板料的材料模型36-37
• 3.3 有限元模型37-38
• 3.4 冲压工艺和模拟参数的设置38-39
• 3.5 定义接触关系及边界条件39-42
• 3.5.1 物体的接触关系设置39-40
• 3.5.2 摩擦模型的选择40-42
• 3.6 仿真结果42-46
• 3.6.1 板料成型结果分析42-44
• 3.6.2 模具磨损结果分析44-46
• 3.7 本章小结46-47
• 第4章 模具磨损影响因素的研究47-61
• 4.1 模具硬度对模具磨损的影响47-49
• 4.2 冲压速度对模具磨损的影响49-52
• 4.3 模具材料与热处理工艺对模具磨损的影响52-54
• 4.3.1 不同模具材料和热处理工艺的磨损结果52-53
• 4.3.2 适用于超高强钢板冲压的新型模具材料53-54
• 4.4 模具间隙对模具磨损的影响54-57
• 4.5 冲压行程对模具磨损的影响57-59
• 4.6 改善模具磨损的一些措施59-60
• 4.7 本章小结60-61
• 第5章 模具的寿命预测与试验验证61-69
• 5.1 常用的模具寿命预测方法61-63
• 5.2 应用磨损累积法预测模具寿命63-64
• 5.3 模具磨损的测量试验64-68
• 5.3.1 试验方法介绍64-65
• 5.3.2 常用的差值分析方法65-66
• 5.3.3 测量试验的注意事项66
• 5.3.4 试验结果分析66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 结论与展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文75

【参考文献】

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本文编号：661408