DP590双相钢板材预胀充液拉深成形研究

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采用双相钢等先进高强钢板材零件是实现汽车轻量化主要途径之一。由于双相钢板材屈强比低,屈服强度与抗拉强度差值大,必须具有充分的变形量,才能通过加工硬化使零件成形后获得足够的强度。但是,刚性模具拉深和普通充液拉深零件存在变形不充分且不均匀的问题,影响了双相钢板材零件整体承载能力。本文提出了采用充液预胀方法调整变形量和硬化程度,为了克服反胀对变形量调节受限的问题,提出了正胀和局部反胀充液拉深二种新方法。以DP590双相钢平底筒形件和复杂曲面件为研究对象,通过实验和数值模拟方法,系统地研究了反胀、正胀和局部反胀三种预胀方法对充液拉深过程变形与硬化的影响规律。  通过单向拉伸实验和应变网格法,建立了DP590双相钢硬度和等效应变两者之间的关系曲线。当采用数值模拟方法得到复杂形状零件各点等效应变时,通过该曲线,可得到各点等效应变对应的硬度值,从而可以判断复杂形状零件的硬化效果。  通过实验和数值模拟,系统研究了平底筒形件的反胀充液拉深变形过程。研究结果表明:预胀是通过底部减薄增大变形,从而提高筒形件底部硬化程度,改善整体变形均匀性;预胀量越大,底部减薄率和硬度值越大。与普通充液拉深相比,筒形件底部硬度提高31%,等效应变差降低37%。但是折叠缺陷限制了反胀对变形的调节范围。对于筒形件,当相对预胀高度达到30%时,在凸模与压边圈的缝隙处出现折叠。数值模拟揭示了折叠缺陷产生的机理。实验中发现:反胀充液拉深成形平底筒形件底部存在增厚现象,增厚点位于距试件底部中心约3/4半径处,其增厚机理为:在压平阶段后期筒形件该点受到较大径向压缩而形成。  针对筒形件反胀充液拉深中变形调节量受折叠缺陷的限制问题,提出了正胀充液拉深成形方法。实验表明:正胀充液拉深提高了预胀高度和扩大了变形调节范围,从而有利于提高筒形件变形均匀性。对于筒形件,相对预胀高度达到30%,正胀充液拉深获得的试件底部硬度比普通充液拉深增加40%,等效应变差降低56%。  提出采用硬化面积率表征复杂曲面件硬化程度的方法,面积率越大,表明变形强化效果越好。反胀充液拉深试件底部硬化面积率与普通充液拉深的相当,反胀充液拉深不适合于复杂曲面件成形。复杂曲面件正胀充液拉深成形的相对预胀高度可达到24%,相应的底部硬化面积率达到73%,与普通充液拉深相比,提高了60%。  针对复杂曲面件变形量调节困难的问题,提出了局部反胀充液拉深成形方法。该方法可改变复杂曲面件局部区域内变形,增加曲面部分变形量,从而提高试件整体硬化效果。局部反胀充液拉深试件底部硬化面积率达到了81%,与普通充液拉深相比,提高了68%。  通过实验和数值模拟比较了三种预胀方法对DP590双相钢板材充液拉深变形量和硬度的影响。结果表明:反胀充液拉深工艺简单,易于实现,对于简单形状零件,变形调节较小时,应优先选用;正胀充液拉深模具结构和工艺复杂,适用于简单形状需要较大预胀高度的情况;局部反胀充液拉深可实现局部区域变形调节,通过设计预胀孔的合理数量、位置及大小,可优化变形分布,适合于复杂形状零件成形。
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