涂层薄板冲压成形过程的解析分析与数值仿真

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目前对单一的薄板冲压成形的研究已经比较成熟了,但对附上涂层的复合薄板的冲压成形研究还有很多的工作要做,尤其是对特殊功能涂层薄板的研究。比起单一薄板,由于要考虑到涂层的力学性能和结合面的界面结合强度,涂层薄板在冲压过程中受力更复杂,变形情况也更难预测。在涂层薄板的成形工艺设计流程中引入有限元仿真可以有效的减少实验研究次数节约成本。经过查阅大量文献,对涂层薄板冲压成形的研究现状做了深入的了解,在前人研究成果的基础上找到了一种适合研究涂层薄板成形极限的方法,并对涂层薄板的成形极限左侧区域做了研究。由研究结果可知,涂层与基体的等效应变曲线很接近,相同应变路径下不同基体厚向异性指数R值对应的等效应变不一样;同时研究结果还表明涂层厚度变化对成形极限的影响较小。最后使用有限元分析软件ABAQUS对涂层薄板多道冲压工序进行了仿真。仿真得到的结论如下:(1)基体与涂层最大等效应力与应变均发生在与凹模圆角接触处。基体与涂层的应力分布趋势大体相同,但内外涂层有其各自的特点。在等效应变方面,基体与涂层在相同节点处的等效应变值很接近。第六道拉延情况与第五道大致相同,两道拉延过程得到的应力应变均在同一个数量级。(2)第五道拉延结束后杯底处厚度最小只有0.268mm,凸缘顶部处厚度达到0.294mm。与板料初始厚度相比最大减薄率和增厚率分别为7.5%和8.9%。第六道拉延结束后杯底厚度最小处仅0.268mm,凸缘顶部处最厚达到0.314mm,对比于板料初始厚度减薄率和增厚率分别为7.4%和16.3%,对比于第五道拉延结束后的厚度减薄率和增厚率分别为0%和6.8%,可见两道拉延过程中板料的周向挤压变形量很小。(3)两道拉延过程中产生的冲头压力最大值不同,第六道拉延产生的冲压力要大,说明在对筒料冲压过程中,较小的直径尺寸需要更大的冲压力才能顺利的完成整个冲压流程。
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