● 摘要
金属板料的冲压成形在制造业中是一种应用广、效率高的加工方式，其成形零件广泛应用于日常生产生活的各个领域。在冲压过程中，零件的准确成形很大程度上取决于冲压界面上摩擦系数、板料的机械性能和压边力等工艺参数的合理选取和综合作用。而摩擦系数的波动与材料性能和工艺参数的波动相比，对板料成形过程的影响要大得多。摩擦是影响板料成形的重要因素之一，其影响不仅表现在成形力的大小和能量消耗，还直接影响零件的成形极限、回弹和表面质量。目前对摩擦的研究大都近似的归结为刚性体与刚性体之间的摩擦，而实际的板料成形应为刚性体与塑性体之间的摩擦。至今仍没有建立一个真正适合刚性体和塑性体边界的完整而正确的理论体系，因而亟需开展板料冲压成形摩擦系数的研究，为符合实际成形工况提供合理的摩擦参数，为摩擦性能的研究提供可靠的试验依据，为实际生产提供可行的生产指导。本文基于拉深和胀形两种基本的冲压成形方式，建立了一套用于试验研究的板料冲压成形过程摩擦系数实时测量系统。研究工作主要涵盖以下方面：提出了一种板料冲压成形过程界面摩擦系数实时测量的方法，即通过在特征零件成形模具上安装三向力组合式传感器对变形区域内的特征位置分别测量法向力和切向力，计算得到实时摩擦系数。利用有限元软件ABAQUS模拟分析了双曲度矩形扁壳拉深零件和球面胀形零件的冲压过程，确定了板料流动量极值区域和该区域的接触力，进而确定了传感器的安装位置和量程，并为其设计提供了指导。通过基于数值模拟的参数化研究，确定了特征零件模具的相关参数，如凸模拱高、拉延筋圆角半径等。在北航自主研制的板材成形拉延筋/摩擦试验机平台上，采用平板滑动法测试了三向力组合式传感器的响应速度和测量精度，验证了该传感器实时测量的可行性和可靠性。最后确定了传感器的具体安装方案，完成了双曲度矩形扁壳拉深零件和球面胀形零件的模具详细设计。本文的工作为今后板料成形过程界面摩擦系数实时测量系统的建立奠定了基础。该系统将有效地应用于板料成形研究领域，为开展冲压界面摩擦系数研究提供技术保障和硬件支持。