[发明专利]一种考虑使用寿命的模具结构优化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及提供一种模具结构的优化方法，属于汽车覆盖件冲压模具技术领域。

背景技术

随着现代汽车的发展，人们对汽车安全性和燃油经济性有了新的要求。采用先进高强钢材料是提高车身强度和降低能源消耗的一个很好的途径。先进高强度钢具有成形性好，强度高，碰撞吸能能力优秀的特点。采用高强钢材料使材料的厚度减少，从而实现车身轻量化，是一个很好的途径。高强度钢板冲压要求更高的成形力，模具应力大大增加。在循环加载产生的交变应力、承受高负荷、高冲击力和应力集中的情况下，模具很容易产生由于疲劳导致的变形和破裂失效。另外，先进高强钢钢板的硬度接近模具材料的本身，致使模具工作面的磨损加速，使模具寿命大大降低。先进高强钢模具疲劳破坏造成的模具不正常失效和损毁，不仅会影响生产的产品质量，而且会造成模具材料与工时的浪费，导致生产效率降低及生产成本的升高。

发明内容

为探究高强模具结构优化方法，本发明提出了一种考虑使用寿命的结构优化方法，图1为本发明基于疲劳分析的模具结构优化方法流程图，主要包括以下步骤：

(1)用有限元方法建立模具的网格模型，用实体单元对模具进行离散，定义材料属性、运动参数、载荷、约束条件等边界条件；(2)对模具冲压过程进行有限元仿真，得到模具的应力分析结果；(3)根据模具应力分布结果，根据材料要求校核模具强度，若应力云图未出现应力超出屈服极限(抗拉极限)或应力接近屈服极限(抗拉极限)的区域，则证明模具结构符合强度要求，进入下一步，否则证明该模具结构不符合强度要求。(4)提取危险部位有限元模型节点载荷谱，设置疲劳分析相关参数，对模具结构进行疲劳分析，校核模具的疲劳强度，估算模具疲劳寿命；(5)根据应力分析和疲劳分析结果，对模具进行结构优化，减小模具的应力集中，提高模具的疲劳寿命。在模具使用过程中，使用寿命主要取决疲劳寿命，可根据安全系数换算成使用寿命。

本发明比较现有技术的优点：

(1)为模具材料选择提供了依据，减少模具材料浪费；(2)估算了模具的疲劳寿命，为模具的使用寿命提供依据；(3)优化了模具结构，减小了模具的应力集中，提高了模具寿命；(4)为模具设计提供参考依据，缩短了产品的开发周期。

附图说明

图1基于疲劳分析的模具结构优化方法流程

图2冲压过程模具最大等效应力分布云图

图3模具节点最大等效应力排序(从大到小排序)

图4模具疲劳分析结果

图5压边圈结构调整

图6优化后的压边圈结构最大等效应力云图

图7优化前后压边圈结构最大等效应力对比

图8优化后的模具疲劳分析结果

具体实施方式

下面结合本发明所述一种考虑使用寿命的模具结构优化的方法对本发明做进一步说明：

以设计寿命为100万次冲压的单动拉深模具压边圈结构优化为例。板料为DP780高强钢，压边圈材质为HT300。在有限元软件中建立模具的有限元网格模型，设置好有限元仿真的材料参数、运动参数及运动约束等边界条件。对模具冲压过程进行有限元仿真，有限元分析结果如图2所示，最大集中应力出现在压边圈内侧拐角位置，最大等效应力为252MPa。HT300为铸铁材质，强度校核以抗拉极限为标准，冲压过程中压边圈的最大等效应力小于材料抗拉极限300MPa，满足强度要求。接下来进行疲劳分析，图3显示的是压边圈有限元模型的节点应力详细数据，编号169658节点有最大等效应力为252MPa，选择该节点作为疲劳分析的对象。在有限元软件后处理模块导入节点载荷，根据压边圈材料的疲劳性能参数，结合线性疲劳累积损伤理论，设置100万次循环加载工况，对压边圈进行疲劳分析，疲劳分析结果如图4所示：在100万次循环加载的工况下，压边圈的疲劳累积损伤系数D≈1.3。疲劳累积损伤系数D>1，100万次循环加载时发生疲劳破坏。