汽車鋼板沖壓成形表面損傷規(guī)律與控制方法研究.pdf

1、為適應(yīng)現(xiàn)代汽車輕量化、安全性和耐腐蝕性等發(fā)展趨勢(shì)，高強(qiáng)度鋼板和鍍鋅鋼板在汽車上的應(yīng)用越來越多。但高強(qiáng)度鋼板和鍍鋅鋼板在沖壓過程中也遇到了諸多挑戰(zhàn)，如高強(qiáng)度鋼板沖壓成形時(shí)由于需要更大的壓邊力和拉深力，在成形過程中更容易引起板料表面損傷，鍍鋅鋼板在沖壓加工中也出現(xiàn)了鍍層粉化、脫落和龜裂等表面損傷缺陷。板料表面損傷不僅影響了汽車的使用性能，而且加速了模具磨損，破壞了沖壓工藝穩(wěn)定性，提高了汽車制造成本。因此研究高強(qiáng)度鋼板和鍍鋅鋼板在沖壓成形中的

2、表面損傷行為，揭示各影響因素對(duì)板料表面損傷的影響規(guī)律，抑制或減輕高強(qiáng)度鋼板和鍍鋅鋼板表面損傷，對(duì)推廣高強(qiáng)度鋼板和鍍鋅鋼板的工程應(yīng)用、降低汽車制造成本有著重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。
　　 本文在借鑒和吸收國內(nèi)外先進(jìn)研究成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)高強(qiáng)度鋼板和鍍鋅鋼板在沖壓成形中的表面損傷現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)研究。首先根據(jù)板料沖壓加工中的變形、摩擦等特點(diǎn)以及板料表面損傷的特征建立板料表面損傷物理模擬實(shí)驗(yàn)及評(píng)價(jià)系統(tǒng);在此基礎(chǔ)上研究模具和工藝等因素對(duì)高

3、強(qiáng)度鋼板表面損傷的影響規(guī)律，建立高強(qiáng)度鋼板表面損傷演化模型;接著研究不同模具硬度條件下鋼板強(qiáng)度對(duì)板料表面損傷的影響規(guī)律，建立可抑制表面損傷缺陷的鋼板與模具硬度匹配窗口;最后研究鍍鋅鋼板表面損傷規(guī)律以及鍍鋅工藝對(duì)鍍鋅板表面損傷類型的影響，揭示鍍鋅鋼板表面損傷特點(diǎn)以及產(chǎn)生機(jī)理。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)針對(duì)鋼板沖壓加工特點(diǎn)的板料表面損傷物理模擬實(shí)驗(yàn)研究
　　 由于車身覆蓋件沖壓成形中鋼板的塑性變形行為以及變形模式

4、的復(fù)雜性，使用傳統(tǒng)摩擦實(shí)驗(yàn)裝置不能模擬鋼板與模具間的接觸摩擦。首先分析車身覆蓋件沖壓成形中鋼板與模具間的接觸摩擦特點(diǎn)以及板料表面損傷特征，設(shè)計(jì)一具有多種板料變形模式的復(fù)雜零件來研究鋼板沖壓加工中的板料表面損傷。為進(jìn)一步研究模具、工藝及板料因素對(duì)板料表面損傷的影響規(guī)律，設(shè)計(jì)帶拉延筋的U形件來模擬鋼板在拉伸-彎曲變形模式下的表面損傷現(xiàn)象。最后基于車身覆蓋件生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工況，制定鋼板表面損傷影響因素變化范圍，設(shè)計(jì)板料表面損傷模擬實(shí)驗(yàn)方案，并研究板

5、料表面損傷定量評(píng)價(jià)參數(shù)及其測(cè)量方法。
　　 (2)高強(qiáng)度鋼板表面損傷規(guī)律及其演化模型建立
　　 以高強(qiáng)度鋼板B170P1為研究對(duì)象，首先研究模具材料Cr12MoV、Mo-Cr合金鑄鐵、球墨鑄鐵和灰鑄鐵對(duì)鋼板表面損傷的影響，結(jié)果表明，Mo-Cr合金鑄鐵是適合高強(qiáng)度鋼板沖壓成形的最優(yōu)模具材料。接著使用不同硬度、粗糙度水平的Mo-Cr合金鑄鐵模具，研究模具和工藝條件等因素對(duì)鋼板表面損傷的影響規(guī)律，得出可以通過提高模具硬度、模具

6、表面粗糙度等級(jí)以及適當(dāng)減小壓邊力等措施來減輕板料表面損傷缺陷。最后在物理模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立高強(qiáng)度鋼板表面損傷演化模型，并驗(yàn)證了模型的正確性。利用本部分的研究內(nèi)容，可以綜合考慮模具及工藝等因素來制定技術(shù)措施，進(jìn)而抑制或減輕板料表面損傷缺陷。
　　 (3)面向高強(qiáng)鋼板表面損傷的板材與模具硬度匹配窗口建立
　　 隨著鋼板強(qiáng)度水平的提高，鋼板沖壓成形需要更高的壓邊力，沖壓加工中更容易引起板料表面損傷，而且由于鋼板硬度的提

7、高，模具磨損也更嚴(yán)重。因此，對(duì)于不同強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)度鋼板沖壓成形，模具應(yīng)進(jìn)行不同的表面處理以得到不同級(jí)別的表面硬度。以高強(qiáng)度鋼板B170P1、DP590和DP780為對(duì)象，研究高強(qiáng)度鋼板沖壓成形時(shí)鋼板強(qiáng)度與模具硬度的匹配問題。首先以鋼板表面損傷Ry值為設(shè)計(jì)目標(biāo)，以鋼板硬度（即鋼板強(qiáng)度）、模具硬度、零件沖壓次數(shù)為變量因子，進(jìn)行Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，建立二階響應(yīng)面模型，最后通過模型重構(gòu)建立鋼板與模具硬度匹配窗口

8、。利用此匹配窗口，可有效指導(dǎo)模具選材、以及模具壽命預(yù)測(cè)，抑制高強(qiáng)度鋼板表面損傷發(fā)生，降低產(chǎn)品廢品率。
　　 (4)鍍鋅鋼板表面損傷分析
　　 熱鍍鋅、熱鍍鋅合金化和電鍍鋅是典型的鍍鋅工藝，不同性質(zhì)的鋅鍍層與模具表面形成不同的摩擦副，在鋼板沖壓加工中產(chǎn)生不同類型和不同程度的表面損傷，因此對(duì)于不同類型鍍鋅鋼板的沖壓加工，應(yīng)使用不同表面狀態(tài)的模具以減輕板料表面損傷缺陷。首先研究模具硬度、模具粗糙度對(duì)不同種類鍍鋅鋼板的影響規(guī)律，

9、在此基礎(chǔ)上分析三種鍍鋅工藝對(duì)鋼板表面損傷類型的影響，提出抑制鍍鋅鋼板表面損傷的技術(shù)措施。最后通過對(duì)鍍鋅鋼板鍍層硬度、表面形貌、化學(xué)成分等的測(cè)量和分析，揭示不同鍍鋅鋼板表面損傷產(chǎn)生的機(jī)理。根據(jù)本章研究內(nèi)容可以確定模具表面狀態(tài)，進(jìn)而減輕三種鍍鋅鋼板沖壓加工中的表面損傷缺陷。
　　 通過以上研究工作，本文對(duì)高強(qiáng)度鋼板和鍍鋅鋼板在沖壓加工中的表面損傷現(xiàn)象進(jìn)行了全面和系統(tǒng)的分析。從鋼板沖壓成形中板料表面損傷特征、物理模擬方法、評(píng)價(jià)等方面都