双相钢板成形界面压力数值仿真及对板料表面损伤影响

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先进高强钢具有高的比强度和吸能性等优点,在车身结构件、安全件上得到大量应用。相比传统钢种,先进高强钢板在冲压成形时需要更大压边力和拉深力,同时为了增加零件尺寸精度,经常采用小模具圆角冲压工艺,这些都将大大增加板料-模具界面接触压力,导致板料表面损伤及模具磨损现象更严重,影响着零件表面质量和工艺稳健性,同时提高了模具的维修成本。因此,研究先进高强钢板冲压成形中的表面损伤行为与界面接触压力分布的关系,揭示各影响因素对界面接触压力的影响规律,对抑制或消减先进高强度钢板表面损伤具有重要的价值。本文针对双相钢板在冲压成形过程中出现的表面损伤现象进行了研究,通过建立双相钢板U形件冲压成形仿真模型,提取成形过程中板料-模具接触界面的接触压力,来研究冲压中界面接触压力的分布及演化规律,以及研究关键参数对板料-模具界面接触压力分布及变化的影响规律。最后,基于数值仿真技术,获取冲压过程中的摩擦功W,并结合实际冲压模拟试验的临界冲压次数N,构建了N-W图,为实际冲压过程中零件表面损伤缺陷控制提供技术依据。本文的主要研究内容如下:(1)双相钢板冲压成形界面接触压力的获取由于冲压成形过程中,板料-模具界面接触压力在实际实验中很难直接测得并获取。本文借助数值仿真手段,建立了双相钢板U形件冲压成形仿真模型,并获取了双相钢板成形过程中的板料-模具界面接触压力。研究了板料表面损伤发生区域和模具磨损严重区域在整个冲压行程中的界面接触压力的分布及演变规律。(2)关键影响参数对成形界面接触压力影响规律研究双相钢板冲压成形过程中的界面接触压力,与摩擦副材料、润滑条件、工艺条件等影响因素有关。基于上述界面接触压力的数值仿真技术,本文研究了干摩擦条件下材料力学性能(板料强度级别)、工艺参数(压边力、圆角半径、摩擦系数、模具硬度及拉延筋)等因素对板料-模具界面接触压力分布及演变的影响规律。(3)基于摩擦功的成形表面损伤预测方法研究冲压过程中,板料表面损伤是摩擦副材料和外在工艺条件等综合作用的结果。摩擦功较界面接触压力能更好地反映这些因素的综合作用效果,且将模拟试验结果用于实际生产中表面损伤的预测,摩擦功起到连接桥梁的作用。本文通过数值方法来计算出成形过程中的摩擦功W,再结合已有的双相钢冲压成形模拟试验的临界冲压次数N,构建出N-W图,实现生产中双相钢表面损伤缺陷的预测,为实际表面质量控制提供指导。通过以上的研究工作,本文从界面接触压力和摩擦功角度研究了双相钢板成形过程中出现的表面损伤问题,形成冲压过程中表面损伤缺陷预测方法,为表面质量控制提供技术依据。
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