● 摘要
近年来，国内汽车厂为适应汽车工业大规模、快速、敏捷生产的需求，逐步引进了快速冲压生产线。冲压速度的提升虽然大大提高了生产效率，但同时也带来了拉薄、拉裂等问题，其中比较典型的是，在冲压成形过程中，由于一部分塑性变形功转化为热量，当转化的热量来不及散发时，随着冲压过程的进行，金属板料和模具温度会逐渐升高。因此，钢板在连续冲压一定批量后，模具温度往往有升高的现象，而模温升高会影响钢板冲压成形过程中的摩擦状况，使塑性变形过程发生变化，致使产品质量受到影响。因此研究温度对汽车钢板快速冲压成形性的影响规律显得尤为重要。本文结合宝钢研究院资助的研究项目，采用试验技术和有限元数值模拟相结合的方法，对两种汽车钢板快速冲压过程中温度对其拉深性能的影响规律进行了深入系统的研究，为进一步研究汽车钢板快速冲压成形性能奠定了基础。根据差温拉深试验特点，在北航原有BCS通用板材成形试验机平台上，设计了一套差温拉深模具和温度控制系统。通过试验验证，该套差温拉深试验系统具有加热均匀、控温准确、操控性强、隔热性能优良等特点，完全满足差温拉深试验要求。针对两种牌号的典型汽车钢板（IF钢和BH钢），采用单向拉伸试验的方法，进行了温环境下基本材料力学性能试验，获取两种材料的基本力学参数，研究了两种材料在不同温度下的应力应变关系和延伸率变化规律。采用物理试验与正交设计相结合的方法，在自行设计研制的差温拉深装置上，对IF钢和BH钢差温拉深时凸模温度、凹模温度和压边圈温度进行了优化设计。得出了各模具温度对两种材料拉深性能影响显著性规律、两种材料差温拉深时最佳模具温度组合、模具温度差对两种材料的拉深性能影响规律及模具温度对两种材料的破裂模式的影响规律，为解决两种板料进行快速冲压成形工艺时出现的缺陷问题提供了依据。对IF钢板进行温环境下拉深成形有限元数值模拟研究，通过与物理试验对比，验证了温环境下拉深数值模拟的准确性，并采用差温拉深数值模拟方法对IF钢进行了不同模温条件下拉深性能规律的研究。结果表明：等温环境下的拉深有限元数值模拟结果与试验结果非常接近，可靠性较高，而差温环境下的数值模拟精度稍低；采用数值模拟的方法所得到的IF钢温模条件下的规律基本与物理试验一致。所得结论为以后进一步运用数值模拟研究快速冲压过程奠定了基础。关键词：汽车钢板，快速冲压，差温拉深，试验研究，有限元模拟