高强度钢板的多点成形过程数值模拟研究

【摘要】近年来，随着生产技术的不断发展，高强度钢板在制造领域的应用越来越广泛。与普通碳素结构钢相比，高强度钢板的机械性能有着很大的不同。它屈服强度高，抗拉强度高，延展性和塑性又相对较低，因此传统的模具成形和手工成形由于模具成本过高和产品精度较低等问题并不是高强度钢板成形的最佳方案。多点成形是一种板料柔性成形新工艺，它以规则排列的离散基本体群代替成形模具，通过调节基本体群高度构建所需的成形曲面。由于其快速、柔性和数字化的成形特点，在板料成形领域有着越来越广阔的前景。在高强度钢板的成形中，多点成形有着诸如实现无模成形、优化变形路径、控制回弹变形、小设备成形大型件以及易于实现自动化等传统成形方式所不具备的优势。但受到高强度钢板的机械性能和多点成形的技术特点影响，成形过程不可避免的会产生起皱、回弹等成形缺陷。本文采用数值模拟方式着重对高强度钢板多点成形过程中出现的起皱和回弹缺陷进行研究，研究对象为某船用高强度钢板球形件。在对起皱的研究中，通过与其他条件相同的普通碳素钢08AL的成形结果对比，可以得到结论：高强度钢板成形过程中的起皱现象比普通碳素钢稍小；而对不同规格的高强度钢板来说，板厚的增大会提高厚向失稳极限，增大成形曲率半径则会降低板料所受压应力，均会使得起皱缺陷减小。针对板料起皱，有多种措施可以抑制，例如：缩小基本体尺寸，提高单位面积基本体数量；使用弹性垫或弹簧钢垫；采取多道成形等成形方式。对卸载外力后的成形件进行数据分析，确定其回弹曲线和回弹量大小，以此作为回弹研究的标准。结果表明：高强度钢板的变形抗力较大，导致卸载后的回弹量比普通碳素钢大得多；由于板料的弹性应变大小是相对弯曲半径R/t的函数，随着弯曲半径的增大和板厚的减小，板料整体弹性应变会相应增大，使得卸载后的回弹量也较大。为了控制高强度钢板的严重回弹，结合多点成形的工艺特点，可以采用基本体群反向修正补偿法，根据回弹量反向调整基本体群的高度，达到补偿回弹的目的。经试验，这一措施可以有效控制回弹，提高成形精度。根据以上研究结论，在进行高强度钢板的多点成形时，可以结合板料规格对成形过程中可能遇到的问题进行分析和预测，采取恰当的措施应对成形缺陷，使得多点成形技术能够在高强度钢板的加工中发挥其巨大潜力。
【作者】李方晖；
【导师】李明哲；刘卫国；
【作者基本信息】吉林大学，材料工程，2014，硕士
【关键词】多点成形；高强度钢板；起皱；回弹；

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