复杂加载条件下金属板料的成形极限研究

发布时间：2020-09-10 18:57

　　金属板料冲压成形是一种广泛应用于汽车、航空航天、仪器仪表等行业零件生产的塑性成形工艺方法,成形极限是评价其零件成形质量好坏和工艺设计合理性的重要指标,成形极限图作为成形极限判定最重要的参考依据,对工业生产至关重要。传统的成形极限图是基于线性或近线性的应变路径假设进行试验测试的,同时不考虑弯曲因素的影响,然而,金属板料在实际冲压生产中所经历的变形过程多为非线性的应变路径,而且还伴随着很强的弯曲变形。在如此复杂的加载条件下,应变路径的变化和弯曲变形的参与都会对成形极限产生很大的影响。因此,对非线性应变路径和弯曲变形参与条件下的成形极限进行研究,对于提高实际生产中评价零件的成形性和工艺设计合理性具有重要意义。本文主要围绕复杂加载条件下金属板料的成形极限,进行了非线性应变路径下的成形极限试验研究、非线性预应变加载下成形极限的试验研究、连续应变路径下成形极限的数值模拟和试验研究以及复杂加载下成形极限提高的核心机理探究等方面。本论文的主要内容如下:1)采用试验和理论解析相结合的方法,以汽车覆盖件中常用的低碳钢作为研究对象,以板料流过拉延筋的过程作为研究非线性应变对于板料成形极限影响的切入点,采用专用的板材成形拉延筋试验机,自主设计和加工制作了一系列不同圆角和高度的实体拉延筋镶块,采用两种试验方法,重点探究了板料流过实体拉延筋后的成形性能。针对试验结果,采用理论解析的方法构建了分析模型,对试验现象进行了详细阐释。2)采用国际上现有的实验室测量成形极限曲线的方法,以汽车覆盖件中常用的低碳钢作为研究对象,自主设计和加工制作了一套50mm冲头和一套20mm冲头的凸模胀形试验模具。以板料流过不同几何参数实体拉延筋镶块的过程作为非线性预应变加载的第一步,而后通过线切割获得不同宽度的试样,并进行半球形凸模胀形试验。同时采用网格应变在线测量系统ARAMIS系统,实时记录并分析试样的极限应变状态,而后获取极限状态下的极限应变,并绘制成形极限曲线。对比分析了100mm冲头(标准)、50mm冲头、20mm冲头条件下成形极限曲线,并探讨了非线性预应变的大小、拉延筋的几何参数和弯曲效应对板料成形极限的影响。而后针对不同的板料成形性评价指标进行了讨论。3)采用数值模拟和试验相结合的方法,分析了连续应变路径下的成形极限,并对数值模拟中成形极限图预测不准确的情况进行了详细对比分析,而后提出了判断准则并修正了成形极限图。以设计的U形件为分析模型,对比分析了多种数值模拟软件在不同拉延筋处理方式下的成形极限差别。而后以典型的零件作为分析实例,采用两种方法对比分析了不同连续应变路径带来的板料成形性差别,并与实际冲压成形获得的现场测量数据进行了对比分析,说明连续应变路径对于成形极限的影响。而后针对数值模拟情况下的成形极限图预测不准确的情况进行了详细分析,并提出基于变形区域的网格局部应变梯度准则,修正成形极限图。最后采用试验方法,选用低碳钢进行了多次加载、卸载再加载的单向拉伸试验来研究连续应变路径下的成形极限,以此说明不同形式的连续应变路径对于板料的成形性会有不同的影响。4)以现有的典型成形极限提高的工艺方法为主要研究内容,以渐进成形、变薄拉深、拉和弯共同作用下的成形过程作为具体研究实例,详细分析了这些成形过程中的变形过程和工艺参数的变化对成形性的影响,并尝试提出了均匀化变形的机理。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG386

【参考文献】