精沖模具複合磨損機理及控制方法研究

《精沖模具複合磨損機理及控制方法研究》是依託上海交通大學，由莊新村擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：精沖模具複合磨損機理及控制方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：莊新村
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

精沖作為一種重要的精密塑性成形技術，已被廣泛套用於汽車製造領域。然而，精沖成形過程工況複雜，模具易磨損，目前大部分精密、複雜且長壽命的精沖模具仍然依賴進口，嚴重製約了我國精沖技術的進一步發展。因此，釐清精沖模具磨損機理，形成面向模具磨損控制的工藝視窗，對最佳化精沖模具設計、提高模具壽命和產品質量具有十分重要的意義。基於上述背景，本項目旨在研究精沖成形過程中多種磨損形式的互動作用機制，藉助多尺度分析確定多種磨損形式產生與轉化的條件，構建精沖模具複合磨損模型；將磨損模型與損傷模型引入包含零件成形和凸模回程的精衝過程模擬，實現加工循環中精沖模具磨損的動態預測；在此基礎上結合物理實驗，研究工藝與模具參數對精沖模具磨損的影響規律，形成面向精沖模具磨損控制的工藝視窗。本項目的研究不僅具有重要的學術價值，而且在提升精沖成形技術水平、促進精沖技術發展方面也有重要的套用價值。

結題摘要

精沖成形過程中，金屬板料在較大的三向靜水壓應力下發生剪下變形，裂紋的產生與擴展得以抑制，因而得到的零件表面有較高的垂直度和平行度，剪下面光亮平整，可直接用於裝配。但是，精沖工藝條件的嚴苛導致精沖模具的工作環境較為惡劣，涉及較大的摩擦力、局部交變作用力以及溫升情況，使得精沖模具的磨損情況較普通沖裁要嚴重得多。圍繞精沖成形過程中的模具磨損問題，本項目以傳動板精沖凸模為研究對象，進行了傳動板精沖凸模的磨損失效分析和磨損表征，發現傳動板精沖凸模的磨損過程是一個複合黏著磨損、磨料磨損和疲勞磨損的複雜失效過程，三種磨損機理相互影響、相互促進。結合有限元模擬和物理試驗，項目研究了傳動板精沖凸模的磨損影響因素與模具磨損的量化關係，結果顯示精沖凸模磨損與壓邊力、反頂力、沖裁速度、凹模倒斜角成正相關關係，而與精沖間隙和模具硬度成負相關關係。由於精沖成形模具的磨損量化受制於模具頻繁拆卸和裝配所帶來的精度損失與工況波動，本項目藉助有限元分析手段，發現特定條件下板料擠壓模具受力和材料流動情況與精沖成形過程近似相同。在此基礎上，提出了一種新的接近精沖工況的模具磨損評估裝置，通過批量板料擠壓實驗，測量不同擠壓次數下模具的刃口輪廓，進而形成刃口輪廓的演化曲線，為實際精沖工況下模具磨損的研究提供數據支撐。為研究不同精沖材料微觀組織對模具磨損的影響，本項目建立了精沖成形過程的多尺度仿真模型，明確了精沖材料微觀組織對精沖性能的影響，以及精沖成形過程中材料和模具的受力與損傷情況；建立了以Archard模型為基礎的精沖模具磨損模型，考慮了精沖加工循環模擬中模具輪廓和材料磨損係數的動態更新，結合實驗結果加以修正，實現了批量加工循環的模擬；此外，考慮到成形過程中的溫升所帶來的影響，建立了接觸導熱係數多變數映射關係，對精沖模具在成形過程中的溫度變化進行了研究，明晰了溫升對模具磨損行為的影響。