基于可控拉深筋技術(shù)的高強(qiáng)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(qiáng)度鋼板不僅可以實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化,而且能提高汽車的安全性能,因此高強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)。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(diǎn),

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(jì)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(jìn)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(shí)現(xiàn)拉深阻力的變化,而對于通過實(shí)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?qiáng)度鋼板成形性能低的特點(diǎn),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(qiáng)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(shí)時調(diào)節(jié)拉

4、深筋高度來改變高強(qiáng)度鋼板拉深過程中的拉深阻力,實(shí)現(xiàn)提高高強(qiáng)度鋼板成形性能的目的。本文以JAC590Y高強(qiáng)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(shí)驗(yàn)的方法,較為系統(tǒng)地研究了可控拉深筋技術(shù)對高強(qiáng)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(jìn)行了研究:
　　 ⑴可控拉深筋技術(shù)對高強(qiáng)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(qiáng)度鋼板盒形件進(jìn)行模

5、擬分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明可控拉深筋在改善高強(qiáng)度鋼板拉深性能方面具有綜合優(yōu)勢,并驗(yàn)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(yùn)動軌跡對高強(qiáng)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(diǎn),設(shè)計(jì)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(yùn)動軌跡,通過正交試驗(yàn)確定相應(yīng)的試驗(yàn)方案,采用Dynaform軟件進(jìn)行模擬計(jì)算,比較各種類型運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yàn)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(shí)模型預(yù)測各因素對高強(qiáng)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(qiáng)度鋼板的極限拉深深度能夠進(jìn)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(yùn)動速度為宜。
　　 ⑵可控拉深筋技術(shù)對高強(qiáng)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(qiáng)度鋼板回彈的影響狀況進(jìn)行研究,結(jié)果表明拉深筋高度對高強(qiáng)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(jì)與拉深過程中類似的三種軌跡對 U型高強(qiáng)度鋼板沖壓件的回彈狀況進(jìn)行分析,研究結(jié)果表明可控拉深筋的運(yùn)動軌跡對高強(qiáng)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(qiáng)度鋼板拉深性能改善的上升-停止-下降的軌跡對高強(qiáng)度鋼板的回彈量減小效果最差。
　　 ⑶可控拉深筋實(shí)驗(yàn)裝置與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；诳煽乩罱钸\(yùn)動原理與傳統(tǒng)的拉深模具結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了可控拉深筋高強(qiáng)度鋼板盒形件拉深實(shí)驗(yàn)裝置,通過該實(shí)驗(yàn)裝置對固定拉

9、深筋以及高度階躍式變化的拉深筋進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。同時,比較驅(qū)動拉深筋運(yùn)動的不同機(jī)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn),選擇杠桿機(jī)構(gòu)與液壓系統(tǒng)聯(lián)合作用模式,并設(shè)計(jì)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(qiáng)度鋼板等難成形材料的拉深性能,為高強(qiáng)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(shí)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(qiáng)度鋼板新的工藝研究、擴(kuò)大高強(qiáng)度鋼板材和超高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用范圍有著較為重要的學(xué)術(shù)意義和工