基于可控拉深筋技術(shù)的高強度鋼板拉深性能優(yōu)化及回彈分析.pdf

1、在能源短缺和溫室效應(yīng)等環(huán)保問題的雙重壓力下,汽車輕量化步伐不斷加快。采用高強度鋼板不僅可以實現(xiàn)汽車的輕量化,而且能提高汽車的安全性能,因此高強度鋼板等輕量化材料在汽車車身上的應(yīng)用逐年增加。由于高強度鋼板的成形性能一般較普通鋼板差,塑性變形能力低,沖壓成形時更容易出現(xiàn)破裂、起皺以及回彈等缺陷,因此尋求新的成形工藝方法提高高強度鋼板等輕量化材料的成形性能已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點。板料沖壓成形具有高度的幾何非線性、材料非線性、邊界非線性等特點,

2、影響沖壓件成形質(zhì)量的工藝參數(shù)諸多,主要包括壓邊力、拉深筋形式及分布方式和潤滑條件等。上述工藝參數(shù)中,拉深筋是控制材料流動的重要手段,其設(shè)計得合理與否是拉深成敗的關(guān)鍵,它可以在相對較小壓邊力條件下提供較大的拉深阻力。國內(nèi)外學(xué)者對拉深筋在板料沖壓成形中的作用和影響規(guī)律進行了大量研究,但大多限于固定拉深筋的研究,其幾何尺寸在整個拉深成形過程中不發(fā)生改變,因此固定拉深筋在提供拉深阻力方面基本是恒定的。有研究表明零件的拉深成形過程中如果能夠提供可

3、變的拉深阻力,零件能獲得更優(yōu)的應(yīng)變路徑,其拉深性能可以得到改善,在這方面國內(nèi)外大量研究人員主要是依靠變壓邊力工藝實現(xiàn)拉深阻力的變化,而對于通過實時調(diào)整拉深筋的高度以控制拉深阻力變化的研究工作很少?；谏鲜鲅芯勘尘凹案邚姸蠕摪宄尚涡阅艿偷奶攸c,本文提出一種新的成形技術(shù)----可控拉深筋技術(shù),將其應(yīng)用到高強度鋼板成形過程中。在拉深筋幾何尺寸中,高度對拉深阻力的影響較大,而且拉深過程中最容易被調(diào)節(jié)。因此本文提出的可控拉深筋技術(shù)是通過實時調(diào)節(jié)拉

4、深筋高度來改變高強度鋼板拉深過程中的拉深阻力,實現(xiàn)提高高強度鋼板成形性能的目的。本文以JAC590Y高強度鋼板為研究對象,結(jié)合數(shù)值模擬、優(yōu)化理論與算法、液壓與電氣控制等關(guān)鍵技術(shù),通過有限元分析及物理實驗的方法,較為系統(tǒng)地研究了可控拉深筋技術(shù)對高強度鋼板拉深性能及回彈方面的影響規(guī)律。主要對下列三個方面進行了研究:
　　 ⑴可控拉深筋技術(shù)對高強度鋼板拉深性能的影響及優(yōu)化。①首先對高度階躍變化的拉深筋與固定拉深筋高強度鋼板盒形件進行模

5、擬分析與實驗驗證,結(jié)果表明可控拉深筋在改善高強度鋼板拉深性能方面具有綜合優(yōu)勢,并驗證有限元分析的可靠性；②在可控拉深筋技術(shù)中,拉深筋高度變化與凸模行程的匹配運動軌跡對高強度鋼板的拉深性能有重要影響。根據(jù)拉深過程中成形力的需求特點,設(shè)計六種拉深筋形式下的三種不同類型的拉深筋高度連續(xù)變化運動軌跡,通過正交試驗確定相應(yīng)的試驗方案,采用Dynaform軟件進行模擬計算,比較各種類型運動軌跡下的極限拉深深度、應(yīng)變分布以及流入量狀況,確定了最優(yōu)的拉

6、深筋運動軌跡類型(最優(yōu)軌跡類型)為上升--停止--下降的軌跡,并得到了影響零件極限拉深深度的主要因素和較佳的因素水平組合；③基于最優(yōu)軌跡類型得到的數(shù)值模擬數(shù)據(jù),建立各拉深筋形式下的可控拉深筋運動軌跡與極限拉深深度的GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),經(jīng)測試樣本驗證,構(gòu)建的GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較好的預(yù)測能力,可以代替真實模型預(yù)測各因素對高強度鋼板拉深性能的影響,通過建立的GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與拉丁超立方抽樣法相結(jié)合建立最優(yōu)軌跡類型的可控拉深筋主要影響因素

7、H1和H2與極限拉深深度之間的響應(yīng)面；④提出了分區(qū)域的可控拉深筋優(yōu)化策略,研究表明長筋比短筋后上升,或長筋比短筋先下降,高強度鋼板的極限拉深深度能夠進一步提高,為考慮控制的方便性和材料流動的穩(wěn)定性,采用短筋和長筋相同的運動速度為宜。
　　 ⑵可控拉深筋技術(shù)對高強度鋼板成形回彈規(guī)律的研究。首先對不同的固定拉深筋高度對高強度鋼板回彈的影響狀況進行研究,結(jié)果表明拉深筋高度對高強度鋼板的回彈有較大的影響,隨著拉深筋高度增大,回彈量相應(yīng)減

8、小。然后設(shè)計與拉深過程中類似的三種軌跡對 U型高強度鋼板沖壓件的回彈狀況進行分析,研究結(jié)果表明可控拉深筋的運動軌跡對高強度鋼板回彈量有重要影響,拉深筋上升--停止的軌跡有利于回彈的減小,而有利于高強度鋼板拉深性能改善的上升-停止-下降的軌跡對高強度鋼板的回彈量減小效果最差。
　　 ⑶可控拉深筋實驗裝置與控制系統(tǒng)的設(shè)計。基于可控拉深筋運動原理與傳統(tǒng)的拉深模具結(jié)構(gòu),設(shè)計了可控拉深筋高強度鋼板盒形件拉深實驗裝置,通過該實驗裝置對固定拉

9、深筋以及高度階躍式變化的拉深筋進行試驗驗證。同時,比較驅(qū)動拉深筋運動的不同機構(gòu)形式的優(yōu)缺點,選擇杠桿機構(gòu)與液壓系統(tǒng)聯(lián)合作用模式,并設(shè)計相關(guān)的液壓與電氣控制原理圖。通過對可控拉深筋技術(shù)的研究,表明該技術(shù)可以極大地改善高強度鋼板等難成形材料的拉深性能,為高強度鋼板沖壓成形提供了新的優(yōu)化途徑,同時為該技術(shù)應(yīng)用于實際生產(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。本文的研究結(jié)果對于拓寬高強度鋼板新的工藝研究、擴大高強度鋼板材和超高強度鋼板的應(yīng)用范圍有著較為重要的學(xué)術(shù)意義和工