模具表面復(fù)合結(jié)構(gòu)的主動(dòng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)水平、制造質(zhì)量是決定汽車產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素之一。研究人員測(cè)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(dǎo)致的高報(bào)廢率是目前復(fù)雜模具沖壓過(guò)程中一個(gè)突出問(wèn)題。因此，迫切需要尋找一種能顯著降低報(bào)廢率的技術(shù)。
　　 研究表明:拉深成形過(guò)程中的摩擦學(xué)行為對(duì)模具壽命、成形件質(zhì)量、工藝性能均具有顯著影響，且摩擦學(xué)行為是隨著時(shí)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?；诖?，提出綜合運(yùn)用激光微織構(gòu)和激光毛化技術(shù)，在模具表面不同關(guān)鍵敏感成形區(qū)域，實(shí)施優(yōu)化匹配的增摩毛化形貌和減摩造型形貌的復(fù)合造型，實(shí)現(xiàn)模具表面復(fù)合微觀形貌及分布的主動(dòng)設(shè)計(jì)制造，從而提高模具的使用性能、成形件的質(zhì)量以及成形工藝性能。
　　 本文緊緊圍繞激光復(fù)合造型技術(shù)在模具上的應(yīng)用展開(kāi)。首先，利用ABAQUS模擬軟件對(duì)某款結(jié)構(gòu)復(fù)雜的汽車車頂蓋的成形過(guò)程進(jìn)行模擬，揭

3、示了模具表面不同區(qū)域摩擦特性對(duì)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(chǔ)上，以成形件的板厚變化幅度為優(yōu)化目標(biāo)，利用均勻設(shè)計(jì)方法獲得了模具表面最優(yōu)的摩擦特性組合。模擬結(jié)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(shè)計(jì)方案。其次為了在模具表面各區(qū)域加工出相對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)關(guān)系，因此利用現(xiàn)有激光加工設(shè)備進(jìn)行了激光復(fù)合造型工藝試驗(yàn)。在激光毛化試驗(yàn)方面，考察了泵浦電流、脈沖頻率、離焦量對(duì)球冠狀毛化點(diǎn)形貌的影響規(guī)律，并對(duì)毛化區(qū)域的材料力學(xué)性能進(jìn)行了研究。在激光微織構(gòu)工藝試驗(yàn)方面，對(duì)泵浦電流、脈沖重復(fù)次數(shù)兩因素進(jìn)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(fù)合造型工藝試驗(yàn)和課題組前期摩擦磨損試驗(yàn)，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，提出了汽車車頂蓋模具的激光復(fù)合造型方案。
　　 其次，

5、我們開(kāi)展了對(duì)柔性智能型激光毛化專用裝備的研究。考慮到汽車覆蓋件模具表面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，本文提出使用光纖傳輸激光、機(jī)械手夾持激光頭進(jìn)行激光毛化加工的設(shè)計(jì)理念。該智能型柔性激光毛化設(shè)備由機(jī)械手、激光器、光纖、激光加工頭、高精度溫度控制系統(tǒng)、設(shè)備外殼等部分組成，本文對(duì)各部分一一進(jìn)行了設(shè)計(jì)或選型，并提出了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。
　　 最后，在對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)學(xué)計(jì)算、機(jī)械手操作深入學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，利用ADAMS模擬軟件對(duì)激光毛化加工中機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)

6、行了模擬仿真。這里的難點(diǎn)在于激光毛化加工時(shí)，激光束要求與毛化點(diǎn)的法線方向重合，具體步驟如下:一、確定機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡，并在軌跡中取若干個(gè)軌跡點(diǎn)，由PROE測(cè)得各軌跡點(diǎn)的法線向量。二、在機(jī)械手系統(tǒng)中建立工具坐標(biāo)系和Base坐標(biāo)系，其中工具坐標(biāo)系的Z軸為軌跡點(diǎn)的法線方向，Base坐標(biāo)系的Z軸與世界坐標(biāo)系的Y軸平行，并設(shè)定激光束方向平行于世界坐標(biāo)系的Y軸，通過(guò)機(jī)械手示教盒上的微調(diào)鍵調(diào)整運(yùn)行機(jī)器人，使得工具坐標(biāo)系與Base坐標(biāo)系完全重合，從而使