先进高强钢冲压模具磨损规律实验研究

摘要

目前先进高强钢相比传统钢种具有重量轻、强度高、安全性好的优点,相比铝合金、新型复合材料,先进高强钢又具有价格便宜的成本优势,先进高强钢已成为汽车车身轻量化的主要用材。为了消减先进高强钢的冲压回弹问题,在冲压时常采用较小的圆角及较大的压边力工艺条件,这将导致板料和模具成形界面磨损加剧,工件表面损伤现象比传统钢板的要更突出。这种现象促使模具磨损随之加重,经常需要修模或换模,导致模具成本的上升和生产的中断。因此,有必要揭示先进高强钢冲压成形过程中模具与钢板接触界面间的磨损规律,寻求适用于先进高强钢冲压成形的模具材料。
　　本文采用基于U形拉伸-弯曲方法,主要研究了先进高强双相钢(DP780裸板、DP980裸板、DP980镀锌板)成形条件下的模具材料(V4E(TD,热扩散法碳化物覆层处理)、XW-42(TD)、DC53(TD)、SKD11(TD)、DC53(真空热处理))的磨损性能和磨损特征,研究内容从以下三个方面展开:
　　(1)基于U形拉伸弯曲方法的冲压成形磨损实验装置原型设计
　　为了在实验室里物理模拟先进高强钢冲压成形过程接触界面磨损行为,采用半工业实验方法—U形件拉伸弯曲方法,开展上述磨损行为研究,本文设计了U形件拉伸弯曲成形模具和磨损实验机原型。U形件成形模具采用镶块化设计,镶块带有不同圆角半径,该实验装置具有安装方便,实验条件稳定性好的特点。在上述U形件冲压成形实验研究基础上,完成了磨损实验机原型机关键结构的设计,该模拟实验机不仅可以进行上述拉伸弯曲过程磨损模拟,而且可以完成板带水平拉伸过程模拟。另外,几何和性能测试分析表明:试制的各种实验模拟材料镶块在性能上和几何上具有良好的一致性。
　　(2)先进高强双相钢裸板条件下冲压模具材料磨损规律研究
　　本文进行了DP780裸板与DP980裸板U形件拉伸弯曲成形实验,对四种模具材料V4E、XW-42、DC53、SKD11的抗磨损性能进行了研究,利用金相观察和粗糙度检测等方法进行了实验样件的磨损特征分析。实验结果表明:TD处理的模具材料抗磨损性能较好,真空热处理的模具抗磨损性能差,模具磨损主要集中在圆角处,这与界面接触压力分布相关。DP780裸板磨损实验中,TD处理的模具材料V4E、XW-42、DC53、SKD11抗磨损性能相近,真空热处理的DC53较差。而在DP980实验中,TD处理的V4E性能最好,XW-42、DC53性能接近,SKD11抗磨损性能最差。
　　(2)先进高强双相钢镀锌板环境成形下磨损特性研究
　　镀锌板的磨损特性和裸板不同,本文进行了DP980镀锌板的U形件拉伸弯曲实验,利用金相观察和粗糙度检测等手段进行了磨损样件前后比对分析。实验结果表明:镀锌层厚度减薄,表面被模具碾平;模具圆角处粘着有锌粉。与裸板相比,模具磨损程度较轻。TD覆层处理的V4E、XW-42、DC53抗磨损性能较好,SKD11的性能较差。
　　通过以上研究,揭示了先进高强钢板冲压中板料-模具接触界面的材料磨损规律,获得了具有高抗磨损性能的冲压模具材料,为先进高强钢模具选材和成形工件表面质量控制提供了实验数据支持。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2先进高强钢应用现状与趋势

1.3先进高强钢成形磨损研究现状

1.4 研究目标与研究内容

第二章 实验方法及其装置设计

2.1引言

2.2 U形件拉伸弯曲过程分析

2.3 U形件拉伸弯曲模具设计

2.4磨损实验机设计

2.5模具材料及几何轮廓测量分析

2.6 本章小结

第三章 基于DP780与DP980裸板的模具磨损规律

3.1引言

3.2钢板及实验工艺条件

3.3实验结果分析

3.4本章小结

第四章 基于DP980镀锌板的材料磨损特性

4.1引言

4.2 DP980镀锌板及其实验工艺条件

4.3实验结果分析

4.4本章小结

第五章 全文总结及研究展望

5.1主要研究结论

5.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参加的主要科研项目