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钢制车轮平衡块挤压模具断裂失效分析

作　者: 栾怀超
导　师: 赵中华
学　校:
专　业: 材料加工工程
关键词: 挤压模具 断裂 失效分析 有限元模拟
分类号: TG375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 6次
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内容摘要


车轮平衡块是汽车不可缺少的配件，挤压技术作为一种优质、高效、低耗的生产技术，已被应用于钢制车轮平衡块的工业生产中。挤压生产效率很高，每分钟产量达数十件，但在挤压生产过程中，挤压模具承受非常大的应力，挤压模具的失效问题不可避免，挤压模具早期失效会给企业造成巨大的损失。断裂失效是挤压模具最主要和最具危险性的早期失效形式,本文主要针对挤压模具断裂失效进行分析，通过对断裂失效实例进行系统分析，探讨断裂失效的原因，并提出相应的改进措施。首先对模具的断口进行分析，结合模具的具体工作条件判断断裂失效的形式为疲劳断裂，进而对该种断裂失效进行分析。从面向工艺的角度来分析，模具断裂失效的问题可从模具材料性能和模具受力条件两个大的方面进行分析。挤压模具材料的性能会直接影响模具的使用寿命，采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪等手段对挤压模具材料的基体组织、化学成分、力学性能等进行研究。检测结果表明，模具材料硬度不均，钢中含有较多的大尺寸碳化物，且钢中合金元素分布不均匀，钢中部分合金元素含量超标，材料的冲击韧性较差。模具应力水平与模具寿命紧密相关，在挤压过程中模具所受应力分布及变化规律非常复杂，难以实际测量，本文采用DEFORM软件对钢制平衡块的挤压过程进行模拟，改变有限元模拟的工艺参数设置，分析不同工艺条件下模具应力状况，结合断裂失效的实例探索挤压工艺与断裂失效之间的联系。建立多参数多水平的正交试验，对影响模具应力的工艺参数的显著性进行排序，并获得优化的工艺参数组合。通过对平衡块挤压模具失效分析得出结论：模具的断裂失效形式为疲劳断裂，模具所使用的材料材质问题是导致模具失效的主导因素。应力集中是导致模具早期断裂失效的直接原因，实际断裂失效多发生于数值模拟结果中的高应力区域。生产实际验证表明：对模具材质进行严格控制，优化工艺参数改善该类冷挤压模具的应力条件，对于提高模具使用寿命防止早期断裂失效具有良好的效果。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 引言  11-12
  1.2 冷挤压技术及其模具失效分析的发展  12-16
    1.2.1 冷挤压技术的发展及趋势  12-14
    1.2.2 挤压模具失效分析的发展  14-16
  1.3 课题提出的背景及研究内容  16-18
    1.3.1 课题提出的背景及意义  16-17
    1.3.2 本文主要研究内容  17-18
第二章 冷挤压模具断裂失效的机理  18-27
  2.1 冷挤压技术简介  18-19
    2.1.1 冷挤压技术的分类  18
    2.1.2 冷挤压技术的特点  18-19
  2.3 模具断裂失效力学分析基础理论  19-23
  2.4 模具断裂形式分类及特点  23-25
  2.5 影响模具断裂失效的主要因素  25-27
第三章 模具断裂失效分析方案及测试结果分析  27-51
  3.1 失效分析的思路、程序  27-30
    3.1.1 失效分析的思路  27-28
    3.1.2 失效分析的程序  28-30
  3.2 模具断裂失效分析方案  30-33
    3.2.1 实验方案  30-31
    3.2.2 实验准备  31-33
  3.3 模具断口分析  33-36
  3.4 模具材料测试及分析  36-49
    3.4.1 模具材料 LD 钢简介  36-38
    3.4.2 模具材料化学成分分析  38-40
    3.4.3 模具硬度测试  40-45
    3.4.4 模具材料金相分析  45-47
    3.4.5 模具材料冲击韧性测试  47-49
  3.5 本章小结  49-51
第四章 挤压模具断裂失效趋势数值分析  51-74
  4.1 挤压工艺参数对断裂失效的影响  51-53
  4.2 挤压成形过程及模具应力的有限元模拟  53-55
  4.3 挤压工艺参数对模具断裂趋势影响的数值分析  55-69
    4.3.1 摩擦因子的影响  55-59
    4.3.2 挤压速度的影响  59-61
    4.3.3 坯料形状的影响  61-67
    4.3.4 型腔圆角的影响  67-69
  4.4 工艺参数的正交实验分析  69-73
  4.5 本章小结  73-74
第五章 工艺优化及生产验证  74-79
  5.1 平衡块生产工艺流程  74-75
  5.2 数值模拟验证  75-77
  5.3 工艺优化及验证  77-79
第六章 总结与展望  79-81
  6.1 总结  79-80
  6.2 展望  80-81
参考文献  81-84
攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果  84-85
致谢  85-86

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 挤压 > 挤压机械与设备 > 挤压工具、模具
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