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精冲模具疲劳寿命数值模拟与试验研究

作　者: 吕兆懿
导　师: 王义林
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料工程
关键词: 精冲模具疲劳强度疲劳试验数值模拟寿命估算
分类号: TG385
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

精密冲裁属于无削加工技术,可以冲制出表面质量好、精度高的精密零件,具有高效、经济、低能耗等特点,已成为汽车等行业许多关键零件制造工艺的必然选择。但是由于精冲过程模具所处环境恶劣,特别是凸模与凹模的刃口区域,压力、摩擦力和热效应都很大,使得精冲模具产生较大磨损,使用寿命偏低,制约了精冲技术的进一步推广应用。因此需要对精冲模具的失效机理和疲劳寿命问题进行深入细致的研究。本文选择精冲模具材料S790粉末冶金钢为疲劳试验研究对象,采用国家标准对S790进行拉伸试验和疲劳试验,并在试验的基础上,以棘轮零件的精冲模具为有限元分析对象,对简化后的精冲模具模型进行疲劳数值模拟。首先论述了疲劳相关理论,提出疲劳分析的基本原理和步骤,并分析精冲模具破坏特点和宏观断口特征,得出精冲模具疲劳破坏属于高周疲劳,认为采用名义应力法可以比较好地估算精冲模具的寿命。其次通过机加工、热处理等工艺制备S790的拉伸试样和疲劳试样,进行拉伸试验和疲劳试验,得到S790的屈服强度为2564MPa,抗拉强度为2955MPa。进行疲劳试验时得到S790对缺口敏感性特别强,需在以后加工制造零件时注意应力集中、划痕等缺陷。在试验的基础上,结合理论公式,运用ANSYS Workbench对简化后的TJB9 6804系列棘轮模具模型进行静强度分析,在静载荷下主冲头强度符合要求。接着对整套模具进行疲劳分析,模拟得到最小寿命值在主冲头上,寿命值与可能破坏位置与实际工况中的冲头比较接近。最后对精冲模具寿命的影响因素进行了研究,并通过数值模拟对其验证,提出了几种提高模具疲劳性能的方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-20
  1.1 课题来源、研究目的与意义  9
  1.2 精冲技术的研究现状  9-11
  1.3 疲劳强度的研究现状  11-16
  1.4 精冲模具疲劳寿命的研究现状  16-19
  1.5 课题的主要研究内容  19
  1.6 本章小结  19-20
2 疲劳寿命预测方法  20-35
  2.1 疲劳基本概念  20-27
  2.2 疲劳分析基本原理  27-28
  2.3 疲劳累积损伤理论  28-30
  2.4 疲劳裂纹扩展理论  30-31
  2.5 疲劳寿命估算  31-33
  2.6 本章小结  33-35
3 精冲模具材料疲劳试验  35-48
  3.1 试验方案  36-38
  3.2 拉伸试验  38-41
  3.3 疲劳试验准备与试验过程  41-44
  3.4 疲劳试验结果分析  44-47
  3.5 本章小结  47-48
4 精冲模具疲劳寿命数值模拟  48-67
  4.1 ANSYS Workbench 软件介绍  48-49
  4.2 疲劳数值模拟分析方案  49-50
  4.3 数值模拟前处理  50-58
  4.4 数值模拟分析结果讨论  58-62
  4.5 疲劳寿命数值模拟分析讨论  62-65
  4.6 本章小结  65-67
5 精冲模具寿命影响因素与提高方法  67-74
  5.1 引言  67
  5.2 精冲模具疲劳寿命影响因素  67-71
  5.3 精冲模具寿命提高方法  71-73
  5.4 本章小结  73-74
6 全文总结与展望  74-76
  6.1 主要结果  74-75
  6.2 展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-80

精冲模具疲劳寿命数值模拟与试验研究

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