IT制件高速精密级进冲压的关键技术研究

摘要

高速、精密级进冲压技术是信息技术(以下简称IT)产品中的金属零件(以下简称IT制件)的主要生产方式。随着IT产品的不断发展，对IT制件的超薄、微小、高精、复杂等特性的要求越来越苛刻，因此给IT制件的高速、精密级进冲压带来了很多难题。 冲裁是IT制件高速、精密级进冲压中量大而关键的工序。但迄今为止，对在高速、精密级进冲压条件下的冲裁技术的研究还比较少；对于在这种条件下通过冲裁和其它工序的组合生产超薄、微小、高精、复杂的IT制件的高速、精密级进冲压的关键技术的研究更难检索到。 本研究针对超薄、精密、微小型IT制件的高速、级进冲压技术进行研究，主要包括三个方面的研究内容：1)高速、精密级进冲压技术的综合研究；2)高速、精密级进冲压中的冲裁关键工序的变形机理和断面质量的研究；3)高速、精密级进冲压中的模具磨损和模具寿命提高技术研究。本研究对丰富冲压成形理论、促进高速、精密冲压技术的发展以及提高我国精密复杂模具的水平和IT产品的质量都具有重要的理论和现实意义。 本研究具体的研究方法、内容和成果如下： 首先，论文系统、综合地研究了高速、精密级进冲压技术，提出了高速、精密级进冲压在工艺设计、模具结构、模具加工工艺、高速冲压控制方面的关键问题的解决方法。深入研究了IT制件高速、精密级进冲压过程中的细长悬臂变形和弯曲回弹问题，提出在工艺设计阶段采取压印方法及其他措施预先控制这些问题；提出用线切割和磨削工艺交叉结合的方法来保证模具加工的精确性和稳定性；开发的模具结构具有精度高、寿命长等特点，该结构所具有的双导向保护套比传统保护套具有更高的导向精度和导向长度，特别适合高速、精密级进冲压中的精密、细小凸模的保护；提出了精密模具的制造、全生产过程的质量监测以及考虑薄板材料的料厚尺度效应是高速、精密级进冲压中质量稳定性控制的必要措施。这些研究成果对高速、精密级进冲压技术的提高具有良好的指导和参考作用。 接着，论文深入研究了高速、精密级进冲压中的冲裁关键工序，其中，主要包括高速、精密级进冲压中的冲裁变形有限元分析技术、冲裁变形的应力应变情况、冲裁断面质量三方面的问题： 在分析了大变形刚塑性有限元理论、平面应变理论、韧性断裂理论及冲裁变形有限元分析技术所涉及的相关知识的基础上，针对高速、精密级进冲压的特点，建立了冲裁变形有限元分析模型；该模型充分考虑了高速、精密级进冲压中的超薄、高速、微小、强压边等特殊工艺条件；分析、计算和实验的结果表明，该模型符合高速、精密级进冲压的实际情况。 运用以上的冲裁变形有限元分析模型深入研究了高速、精密级进冲压中的冲裁变形的应力应变特征及演变规律。研究发现，在微小IT制件的高速、精密级进冲压中，强压边条件明显增加了冲裁变形的静水压应力区域的范围和程度，延迟了裂纹的发展，提高了冲裁断面质量。 结合正交试验方法，应用以上的冲裁变形有限元分析模型研究了冲裁间隙等因素对冲裁断面质量的影响情况。结果显示，在高速、精密级进冲压中，模具刃口磨损圆角对冲裁质量的影响程度比冲裁间隙和摩擦条件的影响要大。所以，在高速、精密级进冲压中，提高模具的耐磨性、减少模具磨损是一个特别重要的问题。 最后，论文研究了高速、精密级进冲压模具的磨损问题和寿命提高技术。从微观角度研究了硬质合金模具在高速、精密级进冲压中的磨损形貌和机理，结果表明，在高速、精密级进冲压中，硬质合金模具的磨损形式主要表现为WC块体的脱落，其主要的原因是由于高速冲压条件下的钴元素丢失破坏了硬质合金的骨架结构，降低了材料的强度，并且加速了材料的磨损。针对高速、精密级进冲压模具的摩擦磨损非常厉害、润滑不方便等问题，开发了精密、细小、复杂模具镍磷纳米碳化硅化学复合镀处理方法，该方法不仅能提高高速、精密级进模具的耐磨性，而且能节约模具成本。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 IT制件及其高速精密级进冲压技术国内外的发展与研究概况

1.2.1 IT产品的国内外发展现状和需求

1.2.2高速精密级进冲压技术发展现状与水平

1.2.3冲裁变形分析有限元分析技术

1.2.4模具磨损研究现状

1.3课题的来源及意义

1.4课题的研究内容

第二章IT制件高速精密级进冲压技术的综合研究

2.1引言

2.2高速精密级进冲压的工艺设计研究

2.2.1高速精密级进冲压工艺中的细长悬臂变形问题预防

2.2.2高速精密级进冲压中的回弹问题预防

2.2.3连接器端子的工艺方案设计

2.2.4激光头金属座工艺方案设计

2.3高速精密级进冲压的模具结构设计研究

2.3.1高速精密级进冲压模具的结构特点

2.3.2高速精密级进冲压模具的常用结构

2.3.3端子制件精密级进模具结构及回弹控制

2.3.4细长凸模双导向保护结构开发

2.4高速精密级进冲压模具的加工工艺研究

2.4.1高速精密级进冲压模具制造工艺的特点

2.4.2高速精密级进冲压模具制造的关键技术

2.4.3连接器端子模具模板的加工工艺

2.5高速精密级进冲压质量的稳定性研究

2.5.1高速精密级进冲压条件分析

2.5.2高速精密级进冲压质量稳定性研究

2.6本章小结

第三章高速精密级进冲压中的冲裁变形有限元分析技术及其冲裁变形机理研究

3.1引言

3.2冲裁变形有限元分析理论基础

3.2.1冲裁变形有限元分析模型的选用

3.2.2刚塑性有限元分析理论

3.2.3平面变形理论

3.2.4断裂理论

3.3高速精密级进冲压中的冲裁变形有限元分析关键技术

3.3.1高速精密级进冲压中的冲裁变形有限元模型的建立

3.3.2高速精密级进冲压中的冲裁变形有限元分析边界条件

3.3.3断裂临界值的确定

3.3.4冲裁变形有限元分析中的韧性断裂的实现

3.4高速精密级进冲压中的冲裁变形有限元分析建模应用

3.4.1建立有限元模型

3.4.2边界及载荷条件

3.4.3确定断裂临界值

3.5高速精密级进冲压中的冲裁特征分析

3.5.1与其他冲裁的工艺特征比较

3.5.2高速精密级进冲压中的冲裁力学模型

3.5.3高速精密级进冲压中的冲裁变形过程

3.6高速精密级进冲压中的冲裁应力应变分析

3.6.1应力分析

3.6.2应变分析

3.6.3冲裁力分析

3.7本章小结

第四章高速精密级进冲压中的冲裁断面质量研究

4.1引言

4.2高速精密级进冲压中的冲裁断面质量及其影响因素

4.2.1高速精密级进冲压中的冲裁断面质量

4.2.2冲裁间隙的影响

4.2.3模具表面粗糙度的影响

4.2.4模具刃口磨损圆角大小的影响

4.3高速精密级进冲压中的冲裁断面正交试验

4.3.1正交试验方案

4.3.2正交试验结果及分析

4.3.3综合评分分析

4.4高速冲裁试验

4.4.1试验方案

4.4.2试验过程

4.4.3生产试验结果及分析

4.4.4冲裁速度分析

4.5本章小结

第五章高速精密级进冲压中的模具磨损研究

5.1引言

5.2模具磨损理论研究

5.2.1冲裁磨损机理及评估法则

5.2.2高速精密级进冲压中的冲裁模磨损条件和特征

5.2.3硬质合金特性和结构理论研究

5.2.4高速冲压中硬质合金模具刃口的磨损形貌

5.2.5硬质合金在高速精密级进冲压中的失钴研究

5.3高速精密级进冲压中硬质合金模具的断裂失效研究

5.3.1断口金相试验

5.3.2断口形貌分析

5.3.3断裂部位钴元素分析

5.4本章小结

第六章高速精密级进冲压模具寿命提高技术的开发与应用

6.1引言

6.2纳米化学复合镀表面强化技术

6.2.1化学复合镀表面强化技术

6.2.2纳米化学镀表面强化技术及应用

6.3高速精密级进冲压模具冲模的镍磷纳米碳化硅化学复合镀表面加工方法的开发

6.4模具寿命提高技术的应用

6.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

与学位内容相关的其它成果

致谢