【摘 要】
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根据实际载荷分布设计和制造厚度连续变化的车身零件是实现车身减重方法之一。用差厚板（Tailor Rolled Blank）作原料,通过冲压成形方法制造变厚度车身零件时,不同厚度区域板料的力学性能不同,其卸载过程及包辛格效应也不同。为了在相关有限元分析中获得准确的成形预测结果,应对差厚板不同厚度区域的力学性能、卸载过程、包辛格效应进行深入研究。本文以汽车用钢HC260LA差厚板为研究对象,构建更加准
【基金项目】
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国家自然科学基金委员会-宝钢集团有限公司钢铁联合研究基金（U1460107）；
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根据实际载荷分布设计和制造厚度连续变化的车身零件是实现车身减重方法之一。用差厚板（Tailor Rolled Blank）作原料,通过冲压成形方法制造变厚度车身零件时,不同厚度区域板料的力学性能不同,其卸载过程及包辛格效应也不同。为了在相关有限元分析中获得准确的成形预测结果,应对差厚板不同厚度区域的力学性能、卸载过程、包辛格效应进行深入研究。本文以汽车用钢HC260LA差厚板为研究对象,构建更加准确的材料模型,以提高差厚板在零件冷冲压成形过程中的回弹仿真精度,从而更好的指导模具设计。针对这个目标,使用离散化方法研究差厚板过渡区,以六个厚度板材的性能代替过渡区力学性能。文章主要关注和研究非线性卸载现象和包辛格效应以及这两个因素对数值模拟回弹预测精度的影响,具体内容如下:（1）以2.95 mm厚HC260LA为原料,通过控制压下量将2.95 mm厚的原料板轧制成不同厚度板材,然后在同一退火制度下热处理,并保证各厚度板材性能（屈服强度、抗拉强度、断后延伸率、宽厚方向塑性应变比）满足用户需求。（2）进行拉伸—卸载实验,通过分析应力-应变曲线探索非线性卸载现象和变形速度、加载—卸载历史、平面内不同取向、应变量之间的关系。卸载模量随塑性应变增加最多能有20%左右的下降（1.4mm板材,90°方向）,这表明用模拟方法预测回弹时,考虑非线性卸载现象是十分必要的。（3）进行单次拉伸—压缩实验,分析应力-应变曲线探究包辛格效应和预应变量、平面内不同取向、厚度分布的关系。包辛格效应随预应变增加而增加,增速逐渐放缓。90°、45°、0°方向包辛格效应依次递减,预应变量为5%时,90°方向包辛格应变比45°方向高30%,比90°方向高41%;永久软化比45°方向高12%,比0°方向高17%。（4）进行等厚板拉伸—三点弯曲—回弹实验。使用四种本构模型（不考虑非线性卸载现象和包辛格效应、考虑非线性卸载现象、考虑包辛格效应、考虑非线性卸载现象和包辛格效应）对实验过程进行数值模拟,并将模拟结果和实验结果作对比。结果表明:考虑非线性卸载现象会使仿真给出的回弹量增大;考虑包辛格效应会使仿真给出的回弹量减小。实验所得回弹角为8°43’,简单本构模型（不考虑非线性卸载现象和包辛格效应）模拟结果和实验结果相差3°51’,高精度本构模型（考虑非线性卸载现象和包辛格效应）模拟结果和实验结果相差2°11’。同时考虑非线性卸载现象和包辛格效应的仿真,相对于简单本构模型仿真给出的结果,预测精度有很大提高。（5）进行差厚板的拉伸—三点弯曲—回弹实验,分别使用两种材料本构模型对实验过程进行仿真（简单本构模型、高精度本构模型）。实验时回弹前后开口度变化为2.82 mm,使用简单本构模型模拟,预测结果和实验值相差1.30mm,使用高精度本构模型模拟,预测结果和实验值相差0.42 mm。高精度本构模型应用于HC260LA差厚板变形过程模拟可以提高回弹预测精度。
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