基于綜合強度比的拼焊板沖壓成形性能研究.pdf

1、拼焊板(Tailor-Welded Blank，TWB)是將兩塊或兩塊以上平板料焊接成一塊整體板，再經(jīng)過落料、拉延、沖孔、整形等工序而形成沖壓件，且其組成板料可以具有不同厚度、性能、材質和表面涂層，以滿足不同部位零件的強度和剛度等性能要求。其優(yōu)點在于：由于在沖壓成形前已將各部件焊接在一起，焊接殘余變形基本消除，可以提高部件整體精度和質量；改善部件局部抗沖擊的能力；降低部件重量，使材料充分發(fā)揮其作用。然而，已有基礎實驗研究表明：由于拼焊板

2、焊縫兩側母板材料(母材)板厚、材料性能等差異性，以及焊縫的存在，其成形性能較單一板有所下降，其成形過程中弱側母材提前開裂與焊縫移動等問題也影響了拼焊板的成形能力。雖然目前對提高拼焊板成形能力以及控制焊縫移動等進行了大量的研究，并發(fā)現(xiàn)母材的板厚差異、材料性能差異等是影響拼焊板成形能力的重要因素，但對拼焊板沖壓成形機理的研究還不夠深入。 本文立足拼焊板沖壓成形過程中的科學問題——母材之間的應力應變關系、強度比的動態(tài)變化規(guī)律及其對拼焊

3、板成形性能的影響，采用理論分析、實驗研究與數(shù)值模擬相結合的方法研究了影響拼焊板母材之間強度比的主要因素對其影響規(guī)律，以及它們對拼焊板沖壓成形性能的影響。在分析拼焊板成形特征的基礎上提出了三個基本理論假設，建立了其平面應力狀態(tài)力學模型，根據(jù)金屬板料塑性成形理論推導出拼焊板成形過程中強、弱母材實時應變狀態(tài)相互依賴關系的隱式方程，結合塑性成形理論的三個關系式構建了拼焊板在平面應力狀態(tài)下的本構關系方程。通過該本構關系，可實現(xiàn)對拼焊板母材應力、應

4、變分布的定量描述和預測，為合理控制拼焊板沖壓成形中出現(xiàn)的焊縫移動提供相關理論參考。采用實驗和有限元仿真相結合的方法驗證了該本構關系的可靠性?；趶姸认禂?shù)K值與抗拉強度σb和硬化指數(shù)n值之間的解析關系討論了K值與n值和σb在評價板料成形性能方面的內在矛盾統(tǒng)一性，并通過實驗證明了解析關系的正確性及其工程適用性，為研究拼焊板母材強度系數(shù)K值差異對其強度比以及拼焊板沖壓成形性能的影響提供了理論依據(jù)。 考慮到成形過程中母材板厚變化以及材料

5、硬化能力隨變形程度增大而改變會造成其成形能力差異的實時變化，提出了拼焊板綜合強度比理論模型并建立了其顯式關系式用于分析母材成形能力差異的變化規(guī)律及其主要影響因素?；趯ζ春赴迤矫鎽顟B(tài)本構關系和母材強度系數(shù)K值的理論研究，探討了母材初始板厚t0和材料性能參數(shù)(K值、n值和厚向異性指數(shù)r值)等單一因素差異在三種典型變形狀態(tài)下對拼焊板綜合強度比的動態(tài)變化和弱側母材應變路徑的影響規(guī)律，揭示了拼焊板母材強度差異的變化規(guī)律及其影響因素，為進一步

6、研究這些因素對拼焊板沖壓成形性能的影響提供了理論參考。 由于脹形是拼焊板沖壓成形的典型方式之一，而且可以通過改變坯料的尺寸形狀，獲得拼焊板在不同變形狀態(tài)下的極限成形高度和焊縫移動量。為研究母材初始板厚t0和材料性能參數(shù)等單一因素差異對拼焊板沖壓成形性能的影響規(guī)律，同時探討成形性能與綜合強度比之間的內在關系，建立了拼焊板脹形有限元模型。采用此模型研究了母材初始板厚t0和材料性能參數(shù)等單一因素差異在三種典型變形狀態(tài)下對拼焊板極限成形

7、高度和焊縫移動量的影響規(guī)律，初步確立了這些因素對拼焊板成形能力的影響大小以及影響規(guī)律，并結合前面對拼焊板綜合強度比動態(tài)變化的理論研究，探討了綜合強度比對拼焊板沖壓成形性能的影響，為促進拼焊板成形技術實用化研究起到了積極作用。 基于母材初始板厚t0和材料性能參數(shù)等單一因素差異對拼焊板綜合強度比及其沖壓形性能影響規(guī)律的研究，深入探討了不同初始板厚t0差異下，母材單一材料性能參數(shù)差異在雙向等拉變形狀態(tài)中對拼焊板綜合強度比的影響規(guī)律。固