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原文传递车身覆盖件模具磨损机理及寿命预测研究

论文题名：	车身覆盖件模具磨损机理及寿命预测研究
关键词：	汽车车身;覆盖件模具;磨损机理;感知质量;寿命预测
摘要：	中国汽车已经连续10年产销世界第一，整个汽车模具年产值超过2000亿元。随着汽车行业的市场竞争越来越激烈，对高颜值、高品质的车型需求越来越大，而整车外覆盖件高感知质量主要取决于外覆盖件DTS圆角一致性、造型棱线清晰度、大面（A面）高光三个方面。为了保证上述品质，就必须要提高外覆盖件模具的品质和精度，而外覆盖件模具一旦磨损，就会直接影响到汽车的外观感知质量。　　本文主要研究内容：　　（1）建立了汽车感知质量评审的数学模型，找到车身外覆盖件模具技术提升的方向。系统开展了高感知要求下零圆角模具设计原理和三种加工工艺方案研究，实验发现方案一和方案二可以实现零圆角精加工，且必须采用先热处理再加工的方法，其中激光热处理的方法优于其它两种热处理方法。建立了一种外覆盖件表面缺陷评价方法（GSQE），该方法可以对外覆盖件的表面质量进行量化；进而从数据设计质量、模具加工等方面来提升外覆盖件表面质量，达到设计和制造的一致。通过对外覆盖件感知质量提升过程分析，得出了覆盖件模具磨损仿真及寿命预测的必要性。　　（2）提出了基于Archard模型的模具磨损动态仿真算法，该算法在分析覆盖件常见的磨损机理和仿真模型基础上，针对磨损仿真实现的四大难点，将Archard模型的影响因子转换到真实的动态磨损系数Kd上，实现了冲压成形仿真和模具磨损仿真的结合。　　（3）建立了基于外覆盖件特征棱线清晰度评价指标（FLS）的感知质量评价方法。通过试验模具，分析了模具磨损对棱线清晰度的影响，进而建立了模具磨损对棱线清晰度失效评价指标。根据GSQE表面评价和实物测量结果的关系，确定以形面变化量Devi作为A面缺陷评价指标，同时作为模具磨损对大面高光失效指标。最后根据模具磨损对棱线清晰度失效评价指标和大面高光失效评价指标建立了覆盖件模具磨损寿命预测的评价指标。　　（4）开发了一套新型冲压磨损特性实验机及其控制系统，该设备综合考虑了摩擦板料界面实时更新和预变形，更接近实际的覆盖件模具生产磨损工况。通过分析测试过程中存在的误差源，对检测设备装配关系进行矢量环描述，使用直接线性化方法建立误差分析模型；通过敏感性分析确定了影响测量精度的重要因素，并对三组实验确定了实际精度，确认沿单一方向磨损后测量精度为±0.005mm，满足设计需求。利用该测试设备，通过一组实验获得了外覆盖件常用摩擦副（GM246-DC04摩擦副）真实的动态磨损系数Kd图。同时通过对磨损痕迹进行了显微和3D形貌分析，发现覆盖件模具磨损集中在粘着磨损和及其轻度的磨粒磨损两个方面，验证了模具磨损动态仿真模型的正确性。　　（5）开发了一套冲压模具磨损预测软件，该软件将优化的Archard磨损模型嵌入到Abaqus软件冲压成形仿真后台中，实现冲压全过程自动计算磨损量，在磨损计算过程中，根据节点的实际工况，磨损系数可以实时更新。该软件通过调用Hypermesh对节点进行沿外法线方向的磨损量移动，实现模具的磨损仿真，同时更新的网格可以实现冲压成形和磨损过程再次模拟，循环过程达到失效指标后可以自动停止。通过某车型发罩外板模具磨损验证表明，新软件可以较好的对覆盖件模具的磨损寿命进行预测，预测准确度提高了16.30%。为了评估不同的生产条件对覆盖件模具磨损预测的影响，建立了磨损预测矫正系数。通过对某公司三个基地在人、机、料、法和环境五个方面进行分析，发现磨损预测矫正系数受三个基地的使用环境影响最大，高温、高湿度的基地C磨损预测矫正系数最大。　　综上所述，本文研究了覆盖件模具磨损机理以及模具磨损对覆盖件感知质量的影响，解决了覆盖件模具磨损仿真寿命预测的问题，且研究成果应用到实际量产车型模具磨损质量监控中，取得了较好的效果，为国内主机厂整车感知质量提升和模具厂模具品质提升指出了一个发展方向。
作者：	乔晓勇
专业：	车辆工程
导师：	成艾国
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2019
正文语种：	中文