金屬板料沖壓成形是一種廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、儀器儀表等行業(yè)零件生產(chǎn)的塑性成形工藝方法,成形極限是評(píng)價(jià)其零件成形質(zhì)量好壞和工藝設(shè)計(jì)合理性的重要指標(biāo),成形極限圖作為成形極限判定最重要的參考依據(jù),對(duì)工業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的成形極限圖是基于線性或近線性的應(yīng)變路徑假設(shè)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試的,同時(shí)不考慮彎曲因素的影響,然而,金屬板料在實(shí)際沖壓生產(chǎn)中所經(jīng)歷的變形過程多為非線性的應(yīng)變路徑,而且還伴隨著很強(qiáng)的彎曲變形。在如此復(fù)雜的加載條件下,應(yīng)變路徑的變化和彎曲變形的參與都會(huì)對(duì)成形極限產(chǎn)生很大的影響。因此,對(duì)非線性應(yīng)變路徑和彎曲變形參與條件下的成形極限進(jìn)行研究,對(duì)于提高實(shí)際生產(chǎn)中評(píng)價(jià)零件的成形性和工藝設(shè)計(jì)合理性具有重要意義。本文主要圍繞復(fù)雜加載條件下金屬板料的成形極限,進(jìn)行了非線性應(yīng)變路徑下的成形極限試驗(yàn)研究、非線性預(yù)應(yīng)變加載下成形極限的試驗(yàn)研究、連續(xù)應(yīng)變路徑下成形極限的數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究以及復(fù)雜加載下成形極限提高的核心機(jī)理探究等方面。本論文的主要內(nèi)容如下:1)采用試驗(yàn)和理論解析相結(jié)合的方法,以汽車覆蓋件中常用的低碳鋼作為研究對(duì)象,以板料流過拉延筋的過程作為研究非線性應(yīng)變對(duì)于板料成形極限影響的切入點(diǎn),采用專用的板材成形拉延筋試驗(yàn)機(jī),自主設(shè)計(jì)和加工制作了一系列不同圓角和高度的實(shí)體拉延筋鑲塊,采用兩種試驗(yàn)方法,重點(diǎn)探究了板料流過實(shí)體拉延筋后的成形性能。針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果,采用理論解析的方法構(gòu)建了分析模型,對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)闡釋。2)采用國際上現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量成形極限曲線的方法,以汽車覆蓋件中常用的低碳鋼作為研究對(duì)象,自主設(shè)計(jì)和加工制作了一套50mm沖頭和一套20mm沖頭的凸模脹形試驗(yàn)?zāi)＞�。以板料流過不同幾何參數(shù)實(shí)體拉延筋鑲塊的過程作為非線性預(yù)應(yīng)變加載的第一步,而后通過線切割獲得不同寬度的試樣,并進(jìn)行半球形凸模脹形試驗(yàn)。同時(shí)采用網(wǎng)格應(yīng)變?cè)诰�測(cè)量系統(tǒng)ARAMIS系統(tǒng),實(shí)時(shí)記錄并分析試樣的極限應(yīng)變狀態(tài),而后獲取極限狀態(tài)下的極限應(yīng)變,并繪制成形極限曲線。對(duì)比分析了100mm沖頭(標(biāo)準(zhǔn))、50mm沖頭、20mm沖頭條件下成形極限曲線,并探討了非線性預(yù)應(yīng)變的大小、拉延筋的幾何參數(shù)和彎曲效應(yīng)對(duì)板料成形極限的影響。而后針對(duì)不同的板料成形性評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了討論。3)采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的方法,分析了連續(xù)應(yīng)變路徑下的成形極限,并對(duì)數(shù)值模擬中成形極限圖預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確的情況進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析,而后提出了判斷準(zhǔn)則并修正了成形極限圖。以設(shè)計(jì)的U形件為分析模型,對(duì)比分析了多種數(shù)值模擬軟件在不同拉延筋處理方式下的成形極限差別。而后以典型的零件作為分析實(shí)例,采用兩種方法對(duì)比分析了不同連續(xù)應(yīng)變路徑帶來的板料成形性差別,并與實(shí)際沖壓成形獲得的現(xiàn)場測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析,說明連續(xù)應(yīng)變路徑對(duì)于成形極限的影響。而后針對(duì)數(shù)值模擬情況下的成形極限圖預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確的情況進(jìn)行了詳細(xì)分析,并提出基于變形區(qū)域的網(wǎng)格局部應(yīng)變梯度準(zhǔn)則,修正成形極限圖。最后采用試驗(yàn)方法,選用低碳鋼進(jìn)行了多次加載、卸載再加載的單向拉伸試驗(yàn)來研究連續(xù)應(yīng)變路徑下的成形極限,以此說明不同形式的連續(xù)應(yīng)變路徑對(duì)于板料的成形性會(huì)有不同的影響。4)以現(xiàn)有的典型成形極限提高的工藝方法為主要研究內(nèi)容,以漸進(jìn)成形、變薄拉深、拉和彎共同作用下的成形過程作為具體研究實(shí)例,詳細(xì)分析了這些成形過程中的變形過程和工藝參數(shù)的變化對(duì)成形性的影響,并嘗試提出了均勻化變形的機(jī)理。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG386

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2816191