精冲模具刃口变形及失效分析

摘要

精冲,作为一种具有非常优越冲裁质量的近净成型工艺,在汽车行业应用非常广泛.提升模具寿命是当前精冲行业普遍面临的问题.工业上采取了多种方式试图提升精冲模具寿命,然而与国外模具寿命相比仍有提升的空间.本文以延缓崩刃失效为目的,总结崩刃裂纹萌生的主要原因,揭示刃口服役过程中材料性能、几何形状的演变规律,提供了多个可能延缓崩刃失效的方法. 本文以QHZ薄壁落料冲头为例,采用有限元仿真、扫描电镜观察等手段,分析崩刃失效演变规律,找出刃口裂纹萌生的主要原因是塑性变形.刃口在服役时的演变主要表现在材料性能、刃口形状两方面.当模具的刚度大、韧性大、抗疲劳性能更佳、刃口形状更优时,模具的寿命更高. 从材料性能的角度,随着冲裁或修模次数增多,会出现晶粒粗化、Σ3共格晶界含量减少、晶粒取向转变、弹性模量降低等现象.并且,在平行于冲裁方向的截面上,材料的性能演变是影响模具寿命的因素之一.本文针对上述微观演变提供了材料优化的建议. 本文建立的最终刃口变形仿真估算模型是基于刃口塑性变形和磨损的累加方法,计算结果与实际吻合.结果表明,塑性变形比磨损对刃口形状的影响更大.随着冲裁次数的增多,冲裁力、圆角塑性变形及刃口等效应力均逐渐减小.塑性变形有向材料内部扩展的趋势,圆角的变形趋势为,中间部分向内凹,上、下两端向外膨胀,膨胀的材料会被逐渐磨损掉.稳定后的圆角形状类似于11°倒角.本文设计一种椭圆形圆角,使模具刃口受到的应力减小了18.87%,冲裁力减小23.21%,塑性变形减小65.77%,,使模具从第5次冲裁后进入稳定状态,有利于提高模具寿命.

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