[00108978]基于表面織構技術的高性能沖壓模具設計

成果簡介：

1. 研發背景

沖壓加工是金屬塑性加工的主要方法，模具生產技術水平的先進程度已成為衡量一個國家機械生產制造水平高低的重要指標。材料、模具和設備是沖壓加工重要的組成部分，不管是國內還是國外都有一個共同認識:只有高水準的模具才能生產出高水準的產品。沖壓模具的摩擦磨損性能是衡量模具使用壽命的重要標準，同時也是影響材料成形性能的關鍵因素之一。隨著機械工業化產品的需求不斷提高，沖壓模具向著高精度、高生產效率、使用耐久值增加的方向發展，而目前廣泛采用的提高模具表面耐磨性的方法難以滿足模具的工作要求，表面織構技術為改善模具表面的摩擦磨損性能提供了新的可靠途徑。

2. 技術內容與作用原理

表面織構技術是采用特種加工方法，在需要加工的表面制備出按一定規則排列的微幾何形貌。在沖壓模具表面加工微織構可以改善模具表面的摩擦磨損性能，以提高模具壽命和工件成形質量。激光表面微織構技術是目前應用最廣泛的表面微織構加工技術，其具有加工方便、加工效率高、精度高、加工對象范圍廣、織構幾何尺寸和形貌可控制等優點。但如果設計出的表面微織構不合理，還可能起到負面作用。因此，表面微織構的優化設計是改善摩擦磨損性能的關鍵。

在板料沖壓成形過程中，成形模具與板料界面上的摩擦特性扮演著極其重要的角色，不同區域的摩擦特性對板料的成形性能有著截然不同的影響。首先通過計算機數值模擬仿真與試驗研究相結合，探究模具表面增摩區域和減摩區域的分布對于成形件均勻性的影響，研究成形模具表面織構化的主動設計制造及其摩擦和成形機理，以指導新型高壽命模具的研發使用。

推廣應用情況：

該技術用于針對不同材料的沖壓工藝進行相應的改善，如美的電熱電器制造有限公司、格蘭仕家用電器有限公司等的鐵鋁復合板材、鋁板、不銹鋼板材等材料，以生產出高水準的產品，有效地控制沖壓生產線由模具造成的不良率在 10%以下，減少生產成本。

技術優勢：

目前，大多數提高模具表面耐磨性的方法都是通過提高模具表面的硬度（如選擇高硬度材料）來實現的，但僅憑材料自身的性能，難以滿足模具的工作要求，因此需要對模具表面進行強化處理。表面織構技術為改善模具表面的摩擦磨損性能提供了新的方法，為提升沖壓模具使用壽命以及加工件成形精度提供必要信息、關鍵參數和重要基礎數據。

性能指標：

成形性能：在研究的三個研究區域中，凹模圓角區的摩擦系數對板料成形的影響最大；表面織構能夠改善板料成形性能，織構化模具成形件的減薄率和增厚率較無織構模具成形件都有所減小。

耐磨性能：結合沖壓實驗，發現表面織構技術在模具中的應用，能夠充分發揮織構儲存磨屑、提高接觸面承載力以及儲存潤滑油產生二次潤滑等積極作用，降低模具表面的磨損。

市場分析：

隨著市場經濟和科學技術的不斷發展，工業產品數量和種類的增多，工業產品升級換代非常快，各個企業之間競爭激烈，出現多品種，小批量生產的嚴峻挑戰。據了解，美的電熱電器制造有限公司主要沖壓材料有鐵鋁復合板材、鋁板、304 不銹鋼板材，廢品產生的主要原因是鐵屑拉傷、材料拉破以及復合板材料拉伸起皺、鋁材起泡、材料拉伸麻點，據生產線制程巡檢抽檢異常信息反饋得知，鐵基板拉伸后起泡不良率可達 20%，鋁板拉破起皺不良率可達 70%。同樣，作為順德龍頭企業之一的格蘭仕家用電器有限公司，隨著家電市場競爭的日趨激烈，完善產品的沖壓工藝方案，降低模具生產制造的成本，提升沖壓加工件的成形精度已迫在眉睫。

經濟效益分析：

表面織構技術能夠改善模具表面的摩擦磨損性能提供了新的方法，為提升沖壓模具使用壽命以及加工件成形精度提供必要信息、關鍵參數和重要基礎數據。

成果亮點：

1. 論文發表情況：在國際高水平期刊發表了多篇相關論文。

2. 成果來源：北京科技大學順德研究生院科技創新專項資金項目。

3. 技術先進性：國際領先，盡管表面織構加工技術正在被應用于生產制造的各個方面，但應用在沖壓成形模具凸凹零件表面織構的研究仍然不多，更未被應用于實際的生產制造當中。