● 摘要
板料快速冲压成形是近年来一些汽车厂采用的新工艺。其特点是冲压频率由原来的每分钟7次提高到每分钟12次，冲压速度提高了近一倍，冲压速度的提升提高了单线产能和模具利用率，但由于缺乏汽车钢板快速冲压成形特征的研究与掌握，对速度提高引起的拉薄、拉裂问题，无法提供有效的工艺改进措施及模具改善方案。冲压速度的提高使板料和模具之间的相对滑动速度提高，从而导致模具和板料的温度升高增加，影响板料和模具之间的摩擦状况，温度的升高和摩擦状况的改变往往会影响板料的成形性能，为了研究冲压速度的变化对板材成形性能的影响，需要准确了解板材与模具之间的滑动速度和变形速度，从而进一步研究由此带来的变形热、摩擦条件的改变，因此，如何准确的获得板料在冲压过程中的各点滑动速度就具有十分重要的意义。本文针对快速冲压成形过程中的速度检测技术进行了研究。提出了采用基于图像处理的光电式检测方法，检测快速冲压成形过程中的板料变形速度。开发了检测装置，结合理论计算和有限元模拟技术对检测装置进行了验证分析。归纳起来，本文的研究工作主要包括以下几个方面：提出了一种基于图像处理的光电式速度检测方法。即通过光电式传感器对冲压过程中的板料进行检测，利用图像处理技术对板料的成形速度进行计算。该方案适应性强，属于非接触式测量方法，测量精度高，能实现二维空间中任意方向的速度检测，非常适合于冲压成形过程中的速度检测。通过对Abaqus有限元软件进行前处理开发，编写了快速冲压加载速率曲线生成模块的Python脚本程序，实现了实际压力机的加载曲线生成，同时开发了后处理过程中的最值提取及优化模块的脚本程序。同时，通过筒形件拉深成形数值模拟对结点滑动速度与结点运动速度进行分析，证明可以利用有限元软件模拟快速冲压成形的滑动速度，为后续的实际试验分析汽车板快速冲压变形机理和规律提供指导。详细介绍了板料快速冲压成形速度检测系统的设计与开发。检测系统主要由三部分组成，探测器是系统的核心部分，控制系统连接计算机和探测器，计算机进行数据的处理和结果显示。最后，对检测系统进行了标定，探测器的探测值与加载速度之间存在对应的函数关系，通过拟合标定数据得到系统的标定系数，数据的线性度较好。采用本文开发的速度检测系统对筒形件拉深成形过程中凸缘的滑动速度进行了试验检测。在不同加载速率下进行拉深成形试验，对试验数据进行分析比较。结果表明：相同加载速率下重复测量探测点处的速度值，测量误差在5%以内，证明系统的可靠性较好。采用有限元对拉深成形过程进行模拟，得到结点移动速度。试验曲线与数值模拟曲线较为接近。说明利用有限元软件可以较为准确地模拟快速冲压成形的滑动速度。本文的工作为今后板料快速冲压成形过程中速度检测技术的应用奠定了基础。该系统有效地应用于板料快速冲压成形研究领域，为研究分析汽车板快速冲压变形机理和规律提供帮助指导。