軸對稱激光復合造型模具成形性能的數(shù)值模擬與試驗研究.pdf

1、模具、成形工件及其界面所構(gòu)成的摩擦副系統(tǒng),其摩擦學行為對模具使用性能、成形工件質(zhì)量、成形工藝性能均具有至關(guān)重要的影響。在拉延成形過程中,模具表面不同區(qū)域摩擦特性對成形工藝影響各不相同,即摩擦影響具有區(qū)域性。因此,理論上在模具表面存在最優(yōu)的摩擦特性分布,使得零件的成形性能達到最優(yōu)。
　　 本文以軸對稱模具為研究對象,利用數(shù)值模擬和試驗相結(jié)合的方法,旨在揭示模具表面不同區(qū)域摩擦對軸對稱零件成形工藝性能的影響規(guī)律;并在此基礎(chǔ)上通過激光

2、毛化和激光微造型的復合造型技術(shù)對模具表面的區(qū)域摩擦特性進行主動加工制造,以改善零件成形性能。
　　 首先,本文對筒形件這一典型軸對稱零件的成形過程進行了初步理論分析,并基于此,利用ABAQUS有限元模擬軟件對球形件、筒形件成形過程進行模擬計算,揭示了模具表面不同區(qū)域摩擦特性對球形件和筒形件成形性能的影響規(guī)律,確定了主影響區(qū)與次影響區(qū)。針對起皺和拉裂兩種成形缺陷,分別對球形件模具表面區(qū)域摩擦系數(shù)進行了初步優(yōu)化,采用優(yōu)化后的摩擦系數(shù)

3、組合,起皺的可能性降低了5.2%,拉裂的危險性降低了13%。另外,利用均勻設(shè)計方法設(shè)計模擬方案,以板厚為優(yōu)化對象,均勻度為優(yōu)化目標,對筒形件模具表面區(qū)域摩擦系數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計,獲得了最優(yōu)的摩擦系數(shù)組合,模擬結(jié)果表明拉裂危險性降低了46.46%,成形件板厚均勻度提高了16.42%。通過對球形件和筒形件兩類典型軸對稱零件的成形過程進行數(shù)值模擬,證實了模具表面摩擦影響的區(qū)域性,驗證了在模具表面實施激光復合造型以提高零件成形性能的可行性、有效性、

4、先進性。
　　 其次,本文分別對激光毛化和激光微造型進行了工藝研究。通過激光毛化工藝試驗,揭示了離焦量、泵浦電壓、脈沖寬度、脈沖頻率、輔助氣體種類、壓力及其吹氣角度等工藝參數(shù),對毛化點形狀和尺寸的影響規(guī)律;此外,對毛化點區(qū)域材料的力學性能進行了初步探索,結(jié)果表明Cr12基材毛化之后,毛化重熔部分的顯微組織為較致密的馬氏體,硬度相對基材提高近4倍。激光微造型工藝試驗揭示了泵浦電流、重復次數(shù)兩個工藝參數(shù)對凹腔直徑和深度的影響規(guī)律,并

5、在此基礎(chǔ)上確定了優(yōu)化的工藝參數(shù)范圍。
　　 最后,以筒形件模具為研究對象,對其表面主影響區(qū)實施激光毛化和激光微造型的復合造型,即增摩造型和減摩造型,實現(xiàn)了對模具表面摩擦特性的主動設(shè)計制造。基于此,本文還進行了拉深成形對比試驗,以驗證激光復合造型的技術(shù)效果。試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果大致吻合:相對于造型前的拉深件,造型后的拉深件筒底伸長變形減小了49.1%,成形件板厚分布更為均勻,板厚變化幅度減小了39.89%,筒底圓角區(qū)徑向殘余拉應(yīng)