精沖模具崩刃失效機(jī)理及壽命改善方法研究.pdf

1、我國汽車工業(yè)等行業(yè)發(fā)展迅猛，零部件制造的短流程輕量化趨勢明顯，愈來愈多的精密復(fù)雜零件采用精沖級進(jìn)模直接成形制造，但是我國高端精沖模具壽命僅約為國外的1/5，模具的崩刃和開裂問題突出，業(yè)界渴求長壽命精沖模具的設(shè)計與制造理論與方法。因此，詳細(xì)研究精沖模具崩刃與斷裂的機(jī)理，并系統(tǒng)性全方面的研究模具壽命影響因素和改善方法是非常緊迫和具有重要現(xiàn)實意義的。通過對具有典型代表性的多家精沖企業(yè)進(jìn)行模具技術(shù)及模具失效形式的詳細(xì)調(diào)研，本文確定以厘清精沖模具

2、崩刃與斷裂失效的機(jī)理，研究模具材料、精沖過程溫度效應(yīng)、不同加工表面質(zhì)量及表面涂層等對精沖模具壽命的影響機(jī)理，并提出改善方法為目標(biāo)。具體的研究摘要如下：
　　（1）首先具體分析了幾種典型的模具失效的原因，給予了相應(yīng)的改善方法；并針對最常發(fā)生的失效形式——崩刃，進(jìn)行了詳細(xì)的實驗研究，最終得出了模具崩刃的機(jī)理。
　?。?）專門設(shè)計并制造了一副帶有測溫系統(tǒng)的圓形落料件的平板壓邊精沖模具，并進(jìn)行了沖裁實驗，檢測了沖裁過程中的溫度變化。

3、然后借助Deform2D軟件找到一種可行的熱力耦合分析模型，有效預(yù)測了精沖過程中模具的溫度變化以及凸模在精沖過程中的的局部塑性變形行為和沖壓后殘余應(yīng)力的分布。
　　（3）分析了不同性能的模具材料對精沖模具壽命的影響：研究了不同淬火溫度對粉末冶金高速鋼S790抗彎強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明在1130℃的淬火溫度下，S790材料的抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值4303.4MPa；重點研究了QHZ、SKD11以及S790三種模具鋼的性能，包括化學(xué)成分及力

4、學(xué)性能等，并進(jìn)行實際精沖實驗對比了這三種材料的模具壽命，結(jié)果表明粉末冶金鋼 S790合金元素含量最高、硬度最高、碳化物均勻、綜合性能優(yōu)異，而QHZ材料硬度只有58HRC，但具有最高的沖擊韌性值。實際沖裁結(jié)果證明 S790材料對模具結(jié)構(gòu)敏感性高，其模具破壞形式都是從應(yīng)力集中處發(fā)生斷裂失效，而 QHZ材料憑借其優(yōu)越的韌性避免了斷裂失效（都是由于過度磨損而失效），且具有最好的模具壽命。
　?。?）研究并優(yōu)化了精沖模具制造過程中的主要加工

5、工藝：詳細(xì)研究了超精密磨削加工的表面完整性，采用正交實驗方法優(yōu)化了超精密磨削加工的工藝參數(shù)，并建立了能夠預(yù)測磨削加工表面質(zhì)量的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；比較了粉末冶金高速鋼S390和傳統(tǒng)鑄鋼 SKD11兩種材料在多道次線切割加工過程中表面完整性的演變，包括線切割白層、表面形貌、殘余應(yīng)力以及微觀硬度等。結(jié)果表明，隨著線切割次數(shù)的增加，材料的表面完整性越來越好，最終S390材料的表面質(zhì)量要優(yōu)于SKD11材料；研究表明研磨加工能夠改善磨削及線切割加工

6、的表面完整性；最后，綜合分析了不同模具材料在不同加工條件下的表面完整性及其對疲勞壽命的影響。結(jié)果表明，相同加工條件下不同材料的表面完整性差異較大，表面完整性的好壞直接影響材料的疲勞壽命。
　?。?）研究了涂層后500℃回火熱處理和涂層前預(yù)噴砂處理這兩種方法對精沖模具表面 PVD涂層性能的影響。結(jié)果表明：采用多弧離子鍍方法在粉末冶金高速鋼S790表面鍍TiN和TiAlN涂層，經(jīng)500℃回火熱處理后，不改變涂層的晶體結(jié)構(gòu)，能夠降低涂層