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激光复合造型模具成形性能及工件表面质量的研究

刘亚南  
【摘要】: 在模具冲压成形过程中,成型件的质量是衡量模具加工优劣的关键因素,而提高成型件质量必须对模具进行处理,以提高模具的塑性成形性能,从而提高成型件的质量。大量的实践证明,高质量的模具在冲压成形过程中,不仅能提高成型件的质量,降低废品率,还可以提高模具的加工性能,补偿模具在设计制造中的缺陷,减少修模次数,提高模具寿命。 本研究是利用激光复合造型技术对模具进行处理,并对板料进行拉深成形。本课题组近几年对激光毛化和激光微造型进行了一系列的深入探讨和研究,本文即利用激光复合造型(即激光毛化和激光微造型)对模具进行处理,通过改变模具表面的摩擦状况,实现对模具加工过程中材料流动的控制,从而改善模具的加工性能,提高成型件的质量。 首先,为了更方便的对拉深成形过程进行分析,本文按照成型件的形状对受力区域进行了划分,总共分成了五个区域:法兰区、凹模圆角区、锥壁区、凸模圆角区、锥顶区。通过对各个区域的分析,得出了毛坯的各个部位在成形过程中的应力与应变的变化规律。 其次,利用有限元分析软件对成形过程进行了模拟,对成型件的表面质量参数也进行了模拟分析,通过对成型件厚度、应力、应变等的变化进行对比,得出了复合造型模具成型件的变化规律,为后面的成形试验验证提供了理论的基础。 再次,利用前面的分析,对锥形模具的关键部位进行了激光复合造型处理,并进行了拉深成形试验。根据前面的受力分析和模拟结果,利用激光对凸模圆角区进行了毛化处理;对凹模圆角区进行了微造型处理。为了防止时效对成型件尺寸的影响,对成型件厚度进行了测量,结果发现,复合造型模具成型件凸模圆角区的危险断面厚度有所增加。 最后,利用各种检测设备对成型件回弹和表面质量进行了检测,并对模具毛化区进行了金相组织的测量。通过试验检测结果可知,与未复合造型模具成型件相比,复合造型模具成型件凸模和凹模处的两个角度的回弹得到了控制,两个圆角区的残余应力都相应的得到改善,并且找出了模具毛化点处硬度高的原因。因此,复合造型模具不仅能提高成型件的质量,而且模具的拉深性能和寿命也相应的得到提高。


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