变速条件下差厚板拉深成形性能研究

发布时间：2020-05-14 14:56

【摘要】：轧制差厚板几何截面形状和力学性能的非均一性,使其成形过程中的非均匀变形程度增加,降低了其冲压成形性能。薄区、厚区和过渡区的存在使差厚板具有明显的区域变形特征,根据应变相同的点组成一个变形域,差厚板成形过程中存在多个变形域,失稳的关键变形域对差厚板的整体成形性能起决定性作用,然而变形程度的累积使关键变形域成形性能起决定性作用,然而变形程度的累积使关键变形域不断变化。因此,本文提出采用合适差厚板每一变形阶段变形特点的变速成形提高其成形性能。本文将重点围绕成形速度对差厚板成形极限的影响规律,采用数值模拟和实验研究相结合的方法进行深入的研究。截面厚度的非均一性和在轧制过程中受力程度的不同,差厚板各厚度区的力学性能和塑性变形行为均不相同。为此,针对差厚板各厚度区力学性能的差异,采用单向拉伸实验和有限元数值模拟,研究了差厚板的力学性能和塑性变形行为,并根据塑性力学原理,建立了厚度连续变化过渡区的应力-应变本构方程。进一步通过分析差厚板拉伸断裂前后的微观组织变化、织构变化和断口分析。结果表明:等厚区的薄区和厚区力学性能优异,而厚度变化的过渡区具有较低的韧性,塑性变形时,等厚区的塑性变形整体均匀展开,而过渡区的塑性变形局限在局部区域进行,降低了差厚板的成形性能;差厚板过渡区和厚区变形行为和断裂机理不同,过渡区成脆性断裂,薄区呈剪切断裂,而厚区成韧性断裂,分析了差厚板塑性变形机理。为了研究成形速度对差厚板拉深成形性能影响的规律,建立了差厚板拉深有限元模型,分析成形速度及速度及速度模式对变形域分布及演化的影响规律,获得了变速提高差厚板成形性能的工艺设置规律。结果表明:不同拉深速度对差厚板变形域的分布及演化的规律是相似的,唯一不同的是合理的拉深速度及其变速模式能有效降低关键变形域的应变值,提高差厚板的成形性能。过渡区临界的厚区随着拉深深度的增加,变形域逐渐扩散、转移并集中在差厚板盒形件底部四个圆角处是影响差厚板整体成形性能的关键变形域。研究结果进一步表明,速度转折点和初始拉深速度的设置是速度拉深工艺设置的关键,合理的变速成形能有效提高差厚板的成形性能。在上述研究成果的基础上,采用拉深成形实验,以零件壁厚分布为考察目标,研究了成形速度影响差厚板拉深成形性能的规律,结果表明Cr340差厚板极限拉深速度为50mm/s,当拉深速度大于极限速度时,盒形件拉深破裂。采用初始拉深速度低于极限速度50mm/s进行拉深,当拉深深度至22mm时,采用大于极限速度60mm/s进行拉深,拉深结果完好,证明了变速拉深成形能够有效提高差厚板的成形性能。由于数值模拟结果和实验结果相吻合,验证了上述模拟分析的正确性。
【图文】：

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言车工业轻量化不仅能减少对钢材的使用量，从而节约成能耗的同时，减少了有毒气体的排放[1-4]，更重要的是车处理还能提高某些零部件的防冲撞性能[5-9]。已有研究表重量减少 10%左右时，汽油燃烧效率可提高 5%[9-12]。板分布相适应的轧制差厚板是继激光拼焊板之后，汽车工力的轻量化结构用材[13-21]。差厚板（Tailor Rolled BlTRB）最初是由德国亚琛工业大学于 20 世纪 90 年代初期技术生产而成的一种新型板材（如图 1-1 所示），其厚够与实际受力相对应，而且在等厚区与等薄区之间存在渡区（如图 1-2），，渐变的厚度变化不易引起应力峰值在汽车工业轻量化过程中有广泛的应用前景。其中

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图 1-2 变厚度差厚板示意图Fig.1-2 Tailor rolled blank目前差厚板代替等厚板的成形件已应用与汽车工业（如图 1撞梁、B 柱、横梁等。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG386

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