冲压成形中凹模入口角磨损分析及优化设计研究

摘要

模具寿命是直接影响产品质量、加工效率和成本的重要因素之一。而磨损是模具的最主要的失效形式，模具的磨损直接影响模具寿命，同时也会引起工件划痕、拉毛等缺陷，从而降低了产品质量。
　　 冲压成形中，磨损主要发生在凹模入口角处，所以研究凹模入口角处的磨损有着主要的意义。论文的的主要研究工作如下:
　　 (1)通过拉毛缺陷产生机理的分析，引出对磨损基本理论的研究，给出了磨损两种基本模型。
　　 (2)对方盒件的凹模入口角处的接触压力进行了详细分析，并基于Archard磨损模型对方盒件的凹模入口角处的磨损进行具体分析。
　　 (3)研究了压边力、模具间隙、冲压速度等工艺参数对凹模入口角处磨损的影响。结果表明，模具间隙、冲压速度对磨损的影响相对较小，而压边力、板料厚度、材料强度系数对凹模入口角处的磨损影响较为显著;
　　 (4)研究了不同凹模入口角形状对磨损的影响。结果表明，凹模入口角的形状对磨损的影响非常显著。采用传统圆角设计时，随着圆角半径的增大，凹模入口角处磨损减小;采用高椭圆截面线设计时，在凹模入口角的入口处的磨损大，而采用低椭圆截面线设计时，在凹模入口角的出口处的磨损大。
　　 (5)提出了样条曲线设计凹模入口角的新工艺方法。在满足成形质量前提下，优化凹模入口角曲线。文章最后将此凹模入口角优化设计方法应用在汽车前舱盖外板模具设计中。方盒件和前舱盖实例分析结果表明，采用优化后的样条曲线来设计凹模入口角，可以有效地降低凹模入口角的磨损，提高工件表面质量，延长模具使用寿命。
　　 研究结果表明，论文提出的三次样条曲线凹模入口角的新工艺方法，可有效地减小凹模入口角的磨损，为冲压成形工艺的凹模入口角形状设计提供了一种新方法。

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 相关领域的国内外研究与应用

1．2．1 冲压成形技术研究进展

1．2．2 模具磨损的研究进展

1．3 本文的研究内容及结构

第2章 拉毛缺陷分析及磨损基本理论

2．1 引言

2．2 拉毛缺陷的产生机理

2．2．1 犁削效应

2．2．2 粘着效应

2．3 冲压成形中容易发生拉毛的部位

2．4 磨损的基本理论

2．4．1 模具磨损机理

2．4．2 磨损基本模型

2．4．3 磨损的影响因素

2．5 AutoForm-DieAdviser磨损预测

2．6 本章小结

第3章 凹模入口角的接触状态及磨损分析

3．1 引言

3．2 冲压成形有限元基础

3．2．1 屈服准则

3．2．2 算法选择

3．2．3 单元选择

3．2．4 边界条件的处理

3．2．5 自适应网格优化

3．3 方盒件拉延成形

3．3．1 几何模型的建立

3．3．2 材料模型的建立

3．3．3 网格的划分

3．3．4 冲压工艺参数

3．4 凹模入口角处的接触压力求解

3．4．1 拉伸弯曲试验

3．4．2 凹模入口角处的接触压力

3．5 凹模入口角处的接触状态数值分析

3．6 凹模入口角处的磨损

3．6．1 相对滑动距离S的求解方法

3．6．2 方盒件凹模入口角处的磨损

3．7 本章小结

第4章 凹模入口角的磨损影响因素分析

4．1 引言

4．2 工艺参数对磨损的影响

4．2．1 压边力对磨损的影响

4．2．2 模具间隙对磨损的影响

4．2．3 板料厚度对磨损的影响

4．2．4 材料强度系数对磨损的影响

4．2．5 冲压速度对磨损的影响

4．3 凹模入口角形状对磨损的影响

4．4 本章小结

第5章 凹模入口角优化设计及应用

5．1 引言

5．2 样条曲线的应用

5．3 冲压成形工艺参数优化方法

5．3．1 优化流程

5．3．2 优化目标

5．3．3 设计变量

5．3．4 试验设计

5．3．5 响应面近似模型

5．3．6 优化模型的建立

5．3．7 优化算法

5．4 盒形件的优化问题

5．4．1 构建盒形件的优化模型

5．4．2 试验设计和响应面模型构建

5．4．3 盒形件的优化问题求解

5．5 前舱盖的优化问题

5．5．1 前舱盖冲压成形模拟

5．5．2 凹模入口角优化设计

5．4．3 前舱盖的优化问题求解

5．6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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