不銹鋼-鋁-不銹鋼復合板圓筒件拉深成形過程中起皺機理研究.pdf

1、不銹鋼和鋁軋制復合形成的不銹鋼/鋁/不銹鋼多層復合材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。不銹鋼/鋁/不銹鋼組成的多層板不僅結(jié)合了不銹鋼的光潔表面和鋁質(zhì)量輕、導熱好等優(yōu)點，而且易清洗、耐腐蝕，在廚具、航空、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于不銹鋼和鋁的材料之間存在著較大的差異性，導致復合板在拉深成形過程中的產(chǎn)品經(jīng)常會出現(xiàn)一些缺陷，其中以圓筒件的法蘭區(qū)與筒壁外側(cè)的起皺最為顯著。起皺的存在不僅嚴重影響了成形產(chǎn)品的使用和美觀，甚至還可能對模具

2、造成損害。目前，金屬軋制復合板拉深件的起皺研究尚沒有較為成熟的理論體系做指導。故本文旨在從理論分析法、有限元數(shù)值法和實驗驗證法三方面探討不銹鋼/鋁/不銹鋼軋制復合板圓筒件在拉深過程中起皺產(chǎn)生的原因以及各因素對起皺的影響規(guī)律，從而預(yù)測和防止起皺的發(fā)生，為企業(yè)制定相關(guān)參考評價體系提供依據(jù)。具體所做的工作如下：
　　1、采用主應(yīng)力法得出了不銹鋼304/鋁1050/不銹鋼430(SUS304/Al1050/SUS430)復合板圓筒件的法蘭

3、區(qū)和筒壁區(qū)受力情況及分布規(guī)律；利用能量法推導出了SUS304/Al1050/SUS430復合板拉深成形過程中起皺失穩(wěn)條件下的臨界壓邊力，并采用有限元軟件定性的分析了理論模型中臨界壓邊力影響的因素。
　　2、采用單向拉伸實驗測得SUS304/Al1050/SUS430復合板的力學性能，得到復合板的抗拉強度σb和屈服強度σs都小于單層板的不銹鋼，并且復合板與軋制方向成45°（簡稱45°）的σs>與軋制方向成0°（簡稱0°）的σs>與軋

4、制方向成90°（簡稱90°）的σs。采用掃描電鏡觀察了單向拉伸試驗的斷口，發(fā)現(xiàn)斷口是典型的塑性斷裂斷口，說明復合板結(jié)合非常好。采用金相顯微鏡觀察起皺區(qū)，發(fā)現(xiàn)復合板界面結(jié)合緊密，其中Al1050層和SUS430層的結(jié)合界面和SUS430層的外側(cè)都產(chǎn)生了明顯的起皺現(xiàn)象。
　　3、采用ETA/DYNAFORM軟件對SUS304/Al1050/SUS430復合板圓筒件的起皺進行了數(shù)值模擬，對起皺區(qū)材料流動狀態(tài)、應(yīng)力應(yīng)變以及厚度分布進行了分

5、析，結(jié)果表明：90°的流動速度>0°的流動速度>45°的流動速度，這是由于90°的σs<0°的σs<45°的σs，屈服應(yīng)力值小的材料先流動；復合板間的流動速度大小為 Al1050層>>SUS304層>SUS430層。
　　4、提出了以厚度差作為評價指標,采用正交試驗方法分析板料直徑、凹模圓角半徑、摩擦系數(shù)、壓邊力等對SUS304/Al1050/SUS430復合板在拉深成形過程中起皺影響。結(jié)果表明：對圓筒件起皺影響最大的因素是壓邊力

6、，其次是凹模圓角半徑、摩擦系數(shù)、板料直徑等。采用極差與方差分析得到了拉深最優(yōu)的工藝參數(shù)為：壓邊力為170KN，摩擦系數(shù)為0.2，板料直徑為355mm，凹模圓角半徑為14mm。
　　5、根據(jù)復合板拉深成形過程中的起皺理論與模擬的結(jié)果，提出了一種改善起皺的方法，及在最優(yōu)的參數(shù)條件下，在速度流動快與厚度增加明顯的方向上設(shè)置拉延筋，對其進行模擬與實驗驗證。結(jié)果表明：在加拉延筋的作用下，復合板整體的流動速度和筒壁外側(cè)的厚度都得到了均衡，筒壁

7、外側(cè)的起皺明顯減小了。
　　6、通過YBT實驗對SUS304/Al1050/SUS430復合板的抗皺性進行了測試，并對實驗后的試樣進行了觀測。結(jié)果表明：復合板的抗皺性大小為：0°>45°>90°，說明在與軋制方向成90°處最容易產(chǎn)生起皺。采用金相顯微鏡觀察拉伸后的試樣，與前面起皺區(qū)的現(xiàn)象一致，并且皺紋都是與軋制方向平行，與前面的理論、模擬和實驗的結(jié)果相吻合。
　　在本課題中，采用理論、有限元模擬、實驗相結(jié)合的方法探究SUS3