变速/变载下的板料冲压成形性能研究

大型、精密、复杂的覆盖件冲压成形技术已成为困扰我国轿车制造技术发展的关键瓶颈。目前，改善覆盖件冲压成形质量的方法，主要是采用控制压边力大小、优化拉深筋形状、改善摩擦条件、补偿模具型面等，需通过长时间的试修模才能获得成功，导致模具质量降低、成本上升。先进的伺服压力机技术的出现，使得我们可通过变速、变载、变行程等方式对冲压成形过程进行控制，从而改善冲压成形质量。但是，由于人们还未能清楚地认识变速、变载对冲压成形性能的影响规律，使得伺服压力机的应用仅停留在节能降噪上。本项目将通过深入研究冲压成形过程中变速/变载对材料流动规律、加工硬化、应力状态、摩擦等的影响，建立变速/变载冲压成形理论体系，并通过协调控制成形速度、成形力和滑块行程，找到全新的冲压成形质量控制方法，从而实现大型、精密、复杂的覆盖件冲压成形技术的突破，提高我国冲压成形技术水平。

轻量化要求的不断提高，促进了轻质、高强度材料的应用。但是，由于这些材料的成形性能差、回弹不易控制等问题，导致冲压成形难度大。本项目以降低成形回弹和提高材料成形极限为目标，采用塑性理论、有限元数值模拟和实验研究相结合的方法，研究了变速/变载提高板料成形性能的规律，分析了变速/变载提高板料成形性能的机理。首先，运用塑性力学的基本理论和有限元模拟，理论分析了通过改变成形速度和摩擦能够有效地提高材料的成形性能；在冲压成形过程中，速度对成形过程的影响主要通过摩擦来实现。为此，实验研究了变速/变载条件下板料在法兰处和凹模圆角处的摩擦行为，实验结果和分形理论相结合，首次建立了考虑成形速度、法向载荷、材料力学性能和板料表面形貌的摩擦模型，能够定量计算法兰处的滑动摩擦系数，对于进一步揭示冲压成形过程中的摩擦行为，以及提高成形过程数值模拟精度都具有重要的意义；针对影响冲压成形质量的弯曲回弹，研究了速度、载荷、凸模行程和弯曲次数等参数对回弹的影响，并建立了成形载荷控制下的弯曲回弹预测模型，克服了传统经验公式仅能预测自由弯曲回弹的不足，可用于指导难成形材料的校正弯曲成形工艺设计；在上述研究成果基础上，采用拉深工艺实验进一步研究了速度影响拉深成形性能的规律。首次建立了变速/变载条件下材料的极限拉深系数与材料性能参数和拉深速度之间的关系式，该式能够判断变速/变载成形工艺的可行性，并指导变速变载条件下的拉深成形工艺参数的设计。本项目的研究成果为今后采用变速变载方法，解决难成形材料和复杂零件的成形奠定了理论基础。