超高强钢板冲压模具磨损CAE分析与寿命预测

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汽车工业的高速发展使能源问题日益严重,实现汽车轻量化和节能减排是汽车工业发展的必然选择。超高强钢因具有较高的强度,能满足汽车轻量化、碰撞安全性、节能减排的要求,已被广泛应用于汽车车身结构件和安全加强件等重要零部件中。超高强钢板的高强度,导致冲压成形时模具的工作条件较恶劣,所受载荷更大,模具的磨损情况也更为严重,给汽车模具的设计和应用带来了一系列的问题。目前大多数磨损研究主要集中在实验方面,然而研究结果会受各种外部条件影响,难以为工程设计提供快捷的方法。在模具磨损的数值模拟方面,针对挤压、锻压等其他成形工艺的研究比较多,而超高强钢板冲压模具磨损方面的研究较少。针对这一现象,本文提出了一种有效而快捷的预测模具磨损量和使用寿命的方法。该方法采用Archard磨损理论,基于动力显示算法,采用拉格朗日增量法模拟板料冲压过程。计算得到成型结束后的板料应力、模具磨损量、相对滑移速度、接触压力等数据,结果表明模具磨损主要集中在材料流动较多的区域。为了研究模具磨损的影响因素,分别改变模具硬度、冲压速度、模具材料、模具间隙和冲压行程等参数对板料冲压过程进行数值仿真,对比分析模具的最大磨损量,总结各参数对模具磨损的影响规律。结果表明:在一定范围内,模具磨损量与模具硬度、模具间隙呈反向的非线性关系;模具磨损量与冲压速度呈正比关系;不同材料的抗磨损性能不同;模具磨损量与冲压行程的关系较复杂。最后考虑实际生产中,前次冲压过程对后续冲压的影响,采用磨损累积法预测模具修模前的使用寿命。并通过白光扫描试验测量模具的实际磨损量,通过对比分析发现模拟结果与试验数据的误差较小,表明所用的CAE分析方法是正确可行的,有利于超高强钢板冲压工艺参数的确定和模具的设计制造,具有一定的工程价值。
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