本文關(guān)鍵詞：帶PVD鍍層熱沖壓模具材料疲勞特性研究

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【摘要】：熱沖壓模具作為熱沖壓生產(chǎn)中的核心部分,其過早發(fā)生的疲勞破壞嚴(yán)重制約著汽車零部件的生產(chǎn)成本,因此減少模具疲勞破壞,提高模具使用壽命是生產(chǎn)商削減生產(chǎn)成本的有效途徑。影響模具疲勞壽命的因素不僅來自在沖壓過程中的熱循環(huán)作用,而且循環(huán)應(yīng)力對其的影響作用,以及在長期循環(huán)作用下模具發(fā)生的表面氧化,這些因素的綜合作用會對模具表面產(chǎn)生不利影響,縮減模具疲勞使用壽命。因此提高模具壽命應(yīng)首先提高模具表面質(zhì)量。目前表面鍍層技術(shù)是優(yōu)化模具表面機(jī)械性能的先進(jìn)技術(shù),本文針對熱沖壓模具表面的抗熱機(jī)疲勞性能進(jìn)行系統(tǒng)研究,引入PVD (Physical Vapor Deposition)鍍層對常用熱沖壓模具(H13)表面進(jìn)行強(qiáng)化,通過設(shè)計(jì)模擬沖壓過程“沖擊-滑移-保壓”試驗(yàn)對比表面帶有CrN鍍層與無鍍層模具材料的耐熱-機(jī)疲勞力學(xué)性能,獲得模具材料(H13)在PVD鍍層強(qiáng)化下的服役性能,并進(jìn)一步對比了45鋼材料在同種工況下的相應(yīng)性能,結(jié)合有限元模型,探究PVD鍍層對提高不同模具材料耐熱機(jī)疲勞性能的優(yōu)化作用,上述研究,對于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)模具表面鍍層技術(shù)處理及應(yīng)用提供有效指導(dǎo)。為了保證仿真以及后續(xù)分析的可靠性,本文基于典型熱機(jī)疲勞試驗(yàn)進(jìn)行典型模具材料關(guān)鍵服役數(shù)據(jù)和疲勞耐久基礎(chǔ)性能的探究,首先研究了熱沖壓溫度對模具壽命的影響,考慮了模具表面受力對模具表面質(zhì)量的影響、測定了鍍層表面粗糙度、鍍層厚度、鍍層硬度等鍍層相關(guān)的基礎(chǔ)參數(shù)。通過SEM及高倍光學(xué)顯微鏡對試驗(yàn)后鍍層及模具材料進(jìn)行顯微觀察,探究在綜合因素影響下對鍍層以及模具材料微觀特性的影響。其次,以Abaqus有限元分析軟件和Ncode疲勞壽命分析軟件為主要研究工具,通過Abaqus建立相應(yīng)的有限元分析模型,實(shí)現(xiàn)考慮了熱力耦合作用及鍍層模型引入的整體仿真系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了有加熱功能的沖壓試驗(yàn)裝置,從而驗(yàn)證模型的受力趨勢以及溫度影響。在熱力耦合影響下的仿真受力結(jié)果與試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)吻合良好,驗(yàn)證了有限元仿真結(jié)果的合理性和有效性。進(jìn)一步通過Ncode疲勞壽命仿真分析軟件,將有限元分析結(jié)果進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測,通過分析結(jié)果對比得到PVD鍍層對模具疲勞壽命的優(yōu)化。優(yōu)化后的模具表面相對沒有鍍層的模具表面壽命有顯著提高,結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果,表面優(yōu)化的模具材料的抗疲勞效果相對沒有優(yōu)化的模具表面有顯著提高,從而證明PVD鍍層對提高模具表面使用壽命有顯著作用,此表面優(yōu)化技術(shù)對以后熱沖壓模具表面優(yōu)化有一定的啟發(fā)以及為實(shí)際模具表面處理提供了借鑒。
【關(guān)鍵詞】：熱沖壓模具 PVD鍍層 壽命預(yù)測 沖擊-滑移-保壓試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4;TG305
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 國內(nèi)外應(yīng)用和研究現(xiàn)狀11-13
• 1.1.1 模具疲勞壽命研究11-12
• 1.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2 模具疲勞概述13-18
• 1.3 疲勞理論與疲勞壽命預(yù)測仿真研究現(xiàn)狀概述18-20
• 1.3.1 疲勞理論發(fā)展概述18
• 1.3.2 疲勞壽命仿真分析研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容20-21
• 2. PVD技術(shù)概述21-29
• 2.1 氣相沉積技術(shù)分類及基本原理概述21-22
• 2.2 PVD鍍層分類22-24
• 2.3 PVD鍍層制備24-25
• 2.4 PVD鍍層基本性能研究25-29
• 2.4.1 鍍層表面形貌及表面粗糙度25-27
• 2.4.2 表面硬度27
• 2.4.3 鍍層截面厚度27-29
• 3. 累積疲勞損傷理論及疲勞破壞機(jī)理29-35
• 3.1 線性疲勞累積損傷理論30-31
• 3.2 低周與高周疲勞損傷理論31-32
• 3.2.1 低周疲勞理論31-32
• 3.2.2 高周疲勞理論32
• 3.3 疲勞破壞的機(jī)理32-33
• 3.4 影響疲勞損傷壽命的重要因素33-35
• 4. 試驗(yàn)方法和材料35-57
• 4.1 試驗(yàn)研究路線35-36
• 4.2 試驗(yàn)方法36-44
• 4.2.1 分析路線36
• 4.2.2 研究方案36-37
• 4.2.3 試驗(yàn)材料選擇與制備37-42
• 4.2.4 疲勞試驗(yàn)試驗(yàn)裝置42-43
• 4.2.5 試驗(yàn)測試分析43-44
• 4.3 裝置設(shè)計(jì)及制造44-52
• 4.3.1 熱機(jī)疲勞試驗(yàn)裝置工作原理44-45
• 4.3.2 熱機(jī)疲勞試驗(yàn)裝置模型設(shè)計(jì)45-46
• 4.3.3 試驗(yàn)裝置材料選擇與加工46-48
• 4.3.4 試驗(yàn)裝置裝配與調(diào)試48-52
• 4.4 模具材料疲勞試驗(yàn)52-57
• 4.4.1 沖擊次數(shù)對模具疲勞壽命影響分析52-55
• 4.4.2 鍍層對模具材料表面優(yōu)化分析55
• 4.4.3 不同溫度對模具材料疲勞壽命影響分析55-57
• 5. 疲勞仿真研究設(shè)計(jì)57-69
• 5.1 疲勞試驗(yàn)有限元分析57-60
• 5.1.1 幾何模型的建立57-59
• 5.1.2 有限元模型的建立59-60
• 5.2 有限元模型應(yīng)力計(jì)算60-64
• 5.2.1 有限元模型應(yīng)力計(jì)算61-62
• 5.2.2 有限元計(jì)算結(jié)果62-64
• 5.3 疲勞壽命計(jì)算64-69
• 5.3.1 疲勞壽命分析計(jì)算64
• 5.3.2 疲勞壽命分析方法64-65
• 5.3.3 載荷譜65-69
• 6. 試驗(yàn)與仿真結(jié)果分析69-94
• 6.1 試驗(yàn)結(jié)果分析69-78
• 6.2 仿真結(jié)果分析78-94
• 6.2.1 有限元分析78-90
• 6.2.2 疲勞損傷分析90-94
• 結(jié)論94-96
• 參考文獻(xiàn)96-100
• 致謝100-101

【參考文獻(xiàn)】

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：574207