模具表面復合結構的主動設計制造及專用裝備研究.pdf

1、汽車工業(yè)飛速發(fā)展，汽車覆蓋件作為汽車的主要部件，其設計水平、制造質量是決定汽車產品市場競爭力的重要因素之一。研究人員測量分析多家汽車廠商提供的汽車覆蓋件后發(fā)現(xiàn)，由起皺、拉裂、回彈等導致的高報廢率是目前復雜模具沖壓過程中一個突出問題。因此，迫切需要尋找一種能顯著降低報廢率的技術。
　　 研究表明:拉深成形過程中的摩擦學行為對模具壽命、成形件質量、工藝性能均具有顯著影響，且摩擦學行為是隨著時間和空間變化的二元函數(shù)，有些區(qū)域需增大摩擦

2、而有些區(qū)域需要減小摩擦，因此在模具表面存在理論上的最優(yōu)摩擦特性分布。基于此，提出綜合運用激光微織構和激光毛化技術，在模具表面不同關鍵敏感成形區(qū)域，實施優(yōu)化匹配的增摩毛化形貌和減摩造型形貌的復合造型，實現(xiàn)模具表面復合微觀形貌及分布的主動設計制造，從而提高模具的使用性能、成形件的質量以及成形工藝性能。
　　 本文緊緊圍繞激光復合造型技術在模具上的應用展開。首先，利用ABAQUS模擬軟件對某款結構復雜的汽車車頂蓋的成形過程進行模擬，揭

3、示了模具表面不同區(qū)域摩擦特性對頂蓋件成形性能的影響規(guī)律，確定模具表面的主影響區(qū)、次影響區(qū)和微影響區(qū)。在此基礎上，以成形件的板厚變化幅度為優(yōu)化目標，利用均勻設計方法獲得了模具表面最優(yōu)的摩擦特性組合。模擬結果表明，造型后板料的最大減薄率為12.48％，降低了25.27％，成形件板厚均勻度提高了25.87％。
　　 在得到最優(yōu)摩擦系數(shù)組合后，提出了表面微觀形貌的設計方案。其次為了在模具表面各區(qū)域加工出相對應的最優(yōu)摩擦系數(shù)組合，首先需要

4、建立激光參數(shù)與微觀形貌之間的對應關系，因此利用現(xiàn)有激光加工設備進行了激光復合造型工藝試驗。在激光毛化試驗方面，考察了泵浦電流、脈沖頻率、離焦量對球冠狀毛化點形貌的影響規(guī)律，并對毛化區(qū)域的材料力學性能進行了研究。在激光微織構工藝試驗方面，對泵浦電流、脈沖重復次數(shù)兩因素進行分析研究，得出了優(yōu)化的工藝參數(shù)范圍。最終，根據(jù)激光復合造型工藝試驗和課題組前期摩擦磨損試驗，并結合工程經(jīng)驗，提出了汽車車頂蓋模具的激光復合造型方案。
　　 其次，

5、我們開展了對柔性智能型激光毛化專用裝備的研究?？紤]到汽車覆蓋件模具表面結構的復雜性，本文提出使用光纖傳輸激光、機械手夾持激光頭進行激光毛化加工的設計理念。該智能型柔性激光毛化設備由機械手、激光器、光纖、激光加工頭、高精度溫度控制系統(tǒng)、設備外殼等部分組成，本文對各部分一一進行了設計或選型，并提出了控制系統(tǒng)的設計思路。
　　 最后，在對機械手結構學計算、機械手操作深入學習的基礎上，利用ADAMS模擬軟件對激光毛化加工中機械手的運動進

6、行了模擬仿真。這里的難點在于激光毛化加工時，激光束要求與毛化點的法線方向重合，具體步驟如下:一、確定機械手的運動軌跡，并在軌跡中取若干個軌跡點，由PROE測得各軌跡點的法線向量。二、在機械手系統(tǒng)中建立工具坐標系和Base坐標系，其中工具坐標系的Z軸為軌跡點的法線方向，Base坐標系的Z軸與世界坐標系的Y軸平行，并設定激光束方向平行于世界坐標系的Y軸，通過機械手示教盒上的微調鍵調整運行機器人，使得工具坐標系與Base坐標系完全重合，從而使