典型精冲凸模的失效分析及结构优化

论文摘要

精冲技术是一种精密的塑性成形技术,可以加工得到尺寸精度高、冲裁面光洁、翘曲小且互换性好的优质零件,因此广泛应用于各工业领域。随着精冲工艺以及模具结构越来越复杂,模具开发周期长,频繁地修复和更换严重影响生产效率,精冲模具的寿命问题成为制约行业发展的瓶颈。因此,分析精冲模具的失效形式,并且对模具结构进行优化,从而延长模具的使用寿命,具有非常重要的现实意义。本文首先针对棘爪、滑槽板两副精冲模具出现断裂的凸模,从力学强度校核、金相试验、硬度试验、断口电镜扫描等进行试验分析。结果表明棘爪的冲孔凸模采用Cr12MoV冷作模具钢,碳化物组织呈带状分布,而且硬度偏低,最终导致纵向开裂;滑槽板的异形凸模选用粉末冶金钢S790,材质及热处理方法选择恰当,而采用扫描电镜在断口观察到沿晶断裂、二次裂纹和微孔花样,由此断定凸模为脆性疲劳断裂。其次对精冲凸模的结构及其固定方式进行对比分析,并运用ANSYS Workbench有限元软件对凸模在螺钉预紧力和冲裁力作用下的应力状态进行分析,得到凸模根部螺纹孔处的应力集中情况,并提出凸模结构合理的改进方案。最后对棘轮精冲模具整体结构进行分析,得到模具的应力应变分布情况。针对半冲孔凸模刃口应力值过大的问题,对薄壁凸模结构进行优化,并对优化后的结构进一步分析验证,结果显示凸模最大应力值减小40%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 精冲技术概况
• 1.2 课题研究相关概况
• 1.3 课题来源及研究意义
• 1.4 课题主要研究内容
• 2. 精冲模具失效分析概述
• 2.1 失效分析的基本概念
• 2.2 精冲模具的失效形式
• 2.3 影响精冲凸模失效的原因
• 2.4 断裂失效的分析方法
• 3. 精冲凸模失效的试验分析
• 3.1 棘爪精冲凸模纵向劈裂
• 3.2 滑槽板异形凸模根部断裂
• 4. 精冲凸模结构的有限元分析
• 4.1 精冲凸模固定方式的比较
• 4.2 有限元分析软件的介绍
• 4.3 螺钉固定式异形凸模的有限元分析
• 5. 棘轮模具的结构分析及优化
• 5.1 棘轮加工工艺及模具结构
• 5.2 分析结果及问题描述
• 5.3 改进方案及模拟验证
• 6. 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文