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伴随我国汽车行业的迅猛发展,同款车型销量不断增加,对汽车冲压模具的使用性能和寿命提出了更高的要求。模具的使用性能和寿命直接影响着汽车零部件的质量、加工成本和效率。同时经济全球化,竞争日益激烈,企业要立足就必须提升质量降低成本。在汽车制造业中,模具费用可占到零件产品成本的15%以上,用户对模具的使用寿命极度关注。冲压模具的失效和废弃,大多是因为模具材料产生了塑性变形、表面产生摩擦磨损或者疲劳破坏等造成的,其中70%是由模具产生磨损后直接或间接引起的。因此,如何精确地预测模具磨损部位和磨损深度,减少磨损,对于提高寿命具有十分重要意义。 在之前的研究中,很多没有考虑到后次冲压模具磨损受前次影响,单次冲压磨损量与总磨损量并非简单的线性关系,而且随着磨损的进行,模具每个节点受到的接触应力和板料的相对滑移速度也是不断变化的。本文通过研究汽车外覆盖件拉延模具磨损机理,建立混合磨损动态模型,提出一种新的模具磨损寿命预测方法。通过实验得到激光处理和电镀铬两种不同处理方式的模具材料磨损的相关参数,将其运用到混合磨损动态模型中。应用节点移动来不断更新磨损型面,获得当前磨损深度下的新参数,使用新参数计算当次冲压的磨损深度,确保随着磨损的增加,磨损参数不断更新,使得磨损预测更符合实际磨损的物理过程,弥补了经典Archard模型忽略了因磨损而导致接触应力和滑移速度改变的不足。在有限元方法中,用壳单元提取冲压接触型面建立模型,不需表达整个模具,降低问题复杂性,极大提高计算效率,并建立了模具磨损深度与冲压零件次数的确切关系,得到模具磨损深度定量预测方法。 模具的不同强化方式对模具磨损有重大影响,激光淬火因其明显的优势被广泛应用于模具表面处理,而不同的工艺参数对淬火效果不同。本文就激光淬火的功率、移动速度、光斑直径进行优化分析,找出常用模具材料墨铸铁QT600-3的最佳激光淬火工艺参数,得到最佳的硬度和淬火深度。通过对模具材料进行温度场、组织相变、硬度的激光表面淬火数值仿真和实验验证,证明了仿真结果的准确性及可行性,得到激光淬火后模具从表层到芯部的硬度梯度变化关系用于磨损预测分析。 为了增加模具的光滑性和耐磨性,需将激光淬火处理过的模具进行电镀铬处理。本文对激光淬火后的墨铸铁QT600-3进行了电镀铬实验,得到镀铬层厚度及表面硬度,然后对激光淬火和激光淬火后再进行电镀铬处理的两种模具材料,分别使用自制的耦合变形摩擦试验机进行摩擦磨损实验,得到不同处理方式的磨损系数、粗糙度和不同磨损类型的权重,将这些参数应用到混合磨损动态模型中进行模具磨损的寿命预测。 使用本文提出的混合磨损动态预测模型,输入实验及仿真得到的参数,对某车型发动机盖外板模具进行磨损数值仿真,同时使用经典的Archard模型做仿真,将两者的结果与实际模具磨损情况做对比,结果表明,本文提出的冲压模具磨损寿命预测方法更接近实际磨损,误差为2.533%比经典 Archard方法小21.35%,准确度明显高于经典的Archard方法。