工艺参数对DP高强度钢板冲压成形应变路径影响规律

1、工艺参数对DP高强度钢板冲压成形应变路径影响规律    摘要：为了减轻车重和提高安全性，近年来，汽车用钢板向高强度化方向发展。高强度钢板的使用虽然能够有效地减轻车重，维持整车的强度，但是由于缺乏对高强度钢板性能的了解，因而由普通钢板向高强度钢板转换过程中也出现了因材料强度增加成形性能下降等不利因素。为了解决这些问题，本文在盒形件的基础上通过仿真建立正交回归实验来研究工艺参数对于高强度钢板应变路径的影响规律，以取得提高高度钢板的成形精度的方法。关键词：高强度钢板、成形、破裂、应变路径0 引言板料冲压成形是材料的基本成形方法之一，具有成形效率高、节约原材料等

2、特点，在现代汽车工业中得到了广泛的应用。随着汽车工业对于板材要求的不断增高，高强度化对于板料冲压成形技术提出了更高的要求。高强度钢板具有屈强比低、高的碰撞吸收能和减重效果明显等优点，但是由于高强度钢板力学性能与普通低碳钢有着很大的差异，因此对于汽车上的复杂零件，传统的成形工艺很难控制它的成形精度，破裂问题比较严重，废品率较高，为高强度钢板的应用及推广带来了严重的问题。因此国内外学者对于高强度钢板的成形性能进行了较多的研究。成形性Ming F.Shi通过扩孔试验得出了780Mpa以上的高强钢板屈服准则，并且通过两个汽车零部件验证了这一准则。Matthew S.Walp研究了TRIP、DP等多相钢

3、，分析了它们在冲压过程中的特性。X.M.Chen对三种屈服强度的DP、Trip钢进行了T形件试验，并且在不同的方式下进行冲压试验，得到了三种钢板的成形特性。上海交通大学的余海燕总结了成形极限的三种模型，对Trip钢的成形极限进行了预测与试验研究。应变路径应变路径是成形极限图的重要组成部分，对于钢板成形性能有着重要的影响。Yoshida，Matsuoka和Kobayashi等就双线性应变路径对于FLD的影响进行了较多的实验研究，认为最后的成形极限与应变路径有着极其紧密的联系。Graf和Hosford研究了应变路径对于FLD的影响，得到了简单预应变对于成形极限的影响规律。Durrenberger,

4、L利用盒形件研究了在动态载荷下，应变路径对于高强度钢板的力学性能的影响。从而进一步分析了在撞击过程这一复杂应变条件下，高强度钢板的力学特性。吉林大学的徐兆东等人证明了应变路径的改变可以有效地降低应变峰值，从而提高了板料的利用率，更加充分利用钢板的潜在塑性。Michigan Technological University的Yu-wei Wang通过采用变压边力来改变应变路径，进而提高高强度钢板的成形性。Colorado School of Mines的Matlock对0.78mm厚的钢板加载不同的应变路径，研究了其对于成形极限的影响。1 有限元模型及仿真结果分析1.1 有限元模型图1.1

5、60;盒形件基本尺寸（Basic Parameter of Box）首先，在UG平台中建立如图1.1所示的方形盒形件的几何形状，然后将该模型以IGES格式导入Dynaform软件，并且利用BSE（板料尺寸估计工具）和DFE（模面工程工具）分别建立凸模、凹模以及压边圈模型。本次仿真采用280×180mm的盒形件，高度为40mm, 凸模圆角半径分别为20mm和15mm，凹模圆角半径为10mm。仿真所使用板料为宝钢生产的Dp600钢板，其具体参数如下表所示           &#

6、160;    Dp600参数            数据                    杨氏模量Y           

7、 210000Mpa                    泊松比            0.3              

8、60;     强化系数K            946Mpa                    硬化指数n          

9、;  0.164                    厚向异性指数R00            0.8             

10、       厚向异性指数R45            0.7                    厚向异性指数R90       

11、60;    0.9                    钢板厚度t            0.7mm           &#

12、160;表1.1 Dp600材料参数表(Material Parameter Table of DP 600)图1.2 凸模的有限元模型(Finite Element Model of Die )1.2工艺参数对于应变路径的正交试验分析定义一个值来表征应变路径的变化，令。在板料上选取危险区域的特征点，并对其应变路径进行提取，该路径为近似线性路径。图1.3 特征点应变路径(Strain Path of Target Spot)为了得到压边力、摩擦系数以及板料厚度对于应变路径的影响程度，我们在此进行正交试验，考虑三因素：压边力、摩擦系数，每个因素具有三个水平，每个水平变化为。  

13、;              因素X            压边力（T）            摩擦系数         

14、0;  厚度（mm）                    水平                    1      &

15、#160;     32            0.100            0.56                  &#

16、160; 2            40            0.125            0.70          &#

17、160;         3            48            0.150            0.84  &#

18、160;         表1.2 正交试验参数(orthogonal experiment Parameter Table)选用二因素三水平正交表安排实验方案，通过正交回归建立工艺参数与应变状态关系。回归正交设计在安排试验时需要对每个因素水平进行编码，即线性变换：其中：             经过编码之后，编码值的变化范围由区间， 变成了区间-1，+1，所有因素的上水平与下水平取值分

19、别变成了-1和1。建立正交表                序号                               &#

20、160;        1            -1            -1            -1    &

21、#160;       -0.0827                    2            -1        

22、60;   0            0            -0.0704                    3 

23、;           -1            1            1            -0.2153 

24、                   4            0            -1      &#

25、160;     1            -0.0664                    5           

26、; 0            0            -1            -0.1425           

27、         6            0            1            0    &#

28、160;       -0.2887                    7            1         

29、;   -1            0            -0.0927                    8 

30、           1            0            1            -0.2266 &#

31、160;                  9            1            1       

32、;     -1            -0.2760            表1.3 正交表(orthogonal table)利用软件对数据进行拟合，得到回归方程=0.1624-0.0378x-0.0897x-0.0012x复相关系数R=0.9349，非常接近1，说明建立的回归方程效果很好。建立的矩阵如下

33、所示：                                          1.0000       &#

34、160; 0.0000         -0.0000        -0.36320.0000         1.0000        0.0000        -0.8614-0.

35、0000        0.0000        1.0000        -0.0114上述的矩阵表明了，当其他两个影响参数归零之后，摩擦系数单独作用，其对的影响系数达到了0.8614，这表明摩擦系数对于应变路径的影响程度占到了整体作用的86%；同样道理，压边力的影响程度为36%，与上两者相比，板料厚度的影响能力较弱，可以忽略不计。由于所选取得特征点位

36、置处于凸模圆角处，板料厚度的改变平均作用于整体板料成形，因而对于特征点的应变比影响很小。压边力的改变对于凹模圆角处的材料流动影响较大，而由于侧壁斜度的存在使得凸模顶部与板料能够先发生大面积接触，其他部分与凸模的接触在此过程之后，因而摩擦系数的改变能够有效地影响圆角处的板料流动情况，对于应变比影响较大。从而可以得到如下结论：在各参数上下浮动20%的情况下，对于圆角处危险区域的应变路径影响程度权重依次为： 摩擦系数>压边力板料厚度二 结论（1）综合的考虑了压边力、摩擦系数以及板料厚度对于应变路径的综合影响。并在此基础上，通过正交试验得出了单个参数对于应变路径的影响能力。（2）在盒形件条件下，

37、摩擦系数对于应变路径的影响程度起到关键性作用。随着摩擦系数的增大，其应变比不断减小，其应变路径逐渐由拉-拉区域向平面应变变化，随着摩擦系数的进一步增大，将会转入拉-压区域，不利于成形精度的提高。 参 考 文 献1 Ming F.shi. Prediction of stretch flangeability limits of advanced high strength steels using the hold expansion test. 20072 Matthes S. Walp. Impact Dependent Properties of Advanced a

38、nd Ultra High Strength Steels. 20073 X.M.Chen. Metal-Forming Characterization and Simulation of Advanced High-Strength Steels20044 余海燕，陈关龙. Trip高强度钢板成形极限的实验研究. 中国机械工程.5 Graf,Alejandro, Hosford,William. Influence of strain-path changes on forming limit diagrams of Al 6111 T4J. Internation Journal of

39、Mechanical Sciences.19946 Durrenberger,L.Influence of the strain path on crash properties of a crash-box structure by experimental and numerical approaches. 8th International Conference on Mechanical and Physical Behaviour of Materials under Dyanmic Loading.20067 Zhao Dongxu, Tang Yujia . Numerical

40、simulation by using high-strength steel blanks in the multi-stage stamping processJ. Journal of Jilin University. 2006, p 97-1018 Yu-wei Wang, S. Ali Saeedy. Strain Path Effects on the Modified Fld Caused By Variable Blank Holder Force. SAE Trans. Of Materials&Manufacturing.19959 Matlock,David K, Hance, Brandon. Effects of Strain Path on Formability andMicrostructural Evolution in Low-Carbon Sheet SteelsCA.Proceedings of the 1997 International Congress and Exposition.1997 Tech