材料力学性能参数对st07zn 车用钢板拉深成形特性的影响

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1、材料力学性能参数对ST07Zn车用钢板拉深成形特性的影响

2、第11引言为了确保汽车具备高使用性能以及长使用寿命，国内外汽车制造企业纷纷采用经表面处理的高强度钢板来制造汽车冲压件。目前，国内外许多汽车制造企业在汽车覆盖件零件生产中镀锌钢板的用量已经达到80%以上，有些企业在汽车覆盖件冲压零件生产中采用镀钵钢板甚至达到了100%。车用镀锌钢板已成为汽车制造中覆盖件用材的主流钢板，其需求量正随着汽车制造向轻型、环保型方向的发展而与日剧增。车用钢板成形性能的优劣将直接影响汽车的使用寿命及使用性能。根据多年对车用钢板拉深成形性能的研究可知

3、，在进行钢板拉深成形过程中，板料拉深成形性能与钢板的化学成分和金属组织、钢板的力学性能参数、拉深工艺、热处理工艺、拉深模具几何尺寸以及摩擦、润滑条件等诸多因素有密切关系。其中，材料力学性能对车用钢板拉深成形性能影响尤为显著。有关学者和专业研究人员经过多年研究，已经获得了许多有较大影响的材料力学性能参数，主要有:(σs、σb、σs/σb、δ、δu、n、r、△r、φ值和X(Xσb)等。其中，针对钢板拉深成形性能而言，材料屈服强度σs、材料硬化指数n以及材料厚各向异性指数r这3个板料力学性能参数的影响尤为显著。本文以在汽车覆盖件实际

4、生产中被广泛采用的一种车用镀锌钢板(牌号:ST07Zn)为主要研究对象，就钢板拉深成形性能有显著影响作用的3个力学性能参数（σs，n,r)开展了一系列数值模拟与物理模拟研究。以期获得这3个材料力学参数对钢板拉深成形性能的影响规律，为相关企业进行合理选材及进行成形过程的质量控制等方面工作提供有力地技术支持。2模拟试验及设备本文所涉及的数值模拟试验均采用美国ETA公司研制的板料成形专业软件DYNAFORM进行相关计算及分析。物理模拟试验所选用的ST07Zn钢板由上海交运集团、上海大众汽车有限公司等提供。使用上海宝山钢铁公司的材料拉

5、伸试验机进行试验用钢板的力学性能参数测定。拉伸试验标准参照GB228-87、GB/T5028-1999和GB/T50271999，对3批次ST07Zn钢板分别进行取样与测试，测试数据取均值进行记录。具体测定试验数据如表1所示。本文所涉及的相关物理模拟试验得到了上海交通大学的大力协助。在试验研究阶段，采用了上海交通大学板料拉深成形物理模拟测试系统及设备，如图1所示。由于试验条件限制，主要进行了简单拉深件(方盒件)的相关拉深成形物理模拟试验，试验用模型及模具如图2所示。整个模拟试验研究均以ST07Zn钢板的力学性能测试数据为基础，

6、主要针对3个力学性能参数(厚各向异性指数r、硬化指数n及屈服强度σs)进行了相关数值模拟及物理模拟试验。3模拟试验及结果分析3.1数值模拟试验及试验结果根据表1中ST07Zn钢板的力学性能参数测试数据以及企业钢板相关质量检验标准，在进行相关数值模拟试验中，为了全面把握材料力学参数对车用钢板拉深成形性能的影响，将ST07Zn钢板的σs值在135~175MPa，n值在O.20~0.22,r值在1.80~2.50的范围内均分为5等分，例如σs3=155MPa、r3=2.06、n3=0.24.而后进行数值模拟计算。数值模拟试验中的其它

7、参数均保持不变且与所进行的相关物理试验相同，即:凹、凸模圆角半径为.成形工件边长为.模具间隙为15%t.工模具摩擦系数为0.1.拉深深度为。模拟时冲压速度为•S-1.圆形毛坯直径为.单位压边力为2.5MPa。数值模拟试验所采用的方盒件数值模拟成形件及FEM模型见图2。ST07Zn钢板的力学性能参数试验取值及数值模拟试验数据如表2及图3~5所示。3.2物理模拟试验及试验结果在方盒件拉深成形物理模拟试验中所使用的模具及获得的物理模拟试验的成形件如图6所示。整个物理模拟采用与上述拉伸测试试验一致的3批ST07Zn试验钢板

8、进行相关试验.相同批次的钢板分别做3次试验，并对试验数据取均值，最后将该试验结果与数值模拟试验中取中间值(σs3=155MPa、r3=2.06、n3=0.24)所获得的测试数据进行了对比，物理模拟试验数据如表3所示。3.3模拟试验结果分析根据表2、3及图3~5所示数值模拟及物理模拟试验数据知:在进行方盒件拉深成形模拟试验中，3个主要材料力学性能参数对一些成形影响变化参数(最大拉深力F、厚度变化率(最大增厚率及最大减薄率)所产生的影响显著性存在较为明显的差异。具体影响规律分析如下:(1)物理模拟获得的试验数据与数值模拟相关试验数

9、据(σs3=155MPa、r3=2.06、n3=0.24)相比较可知:最大拉深力及厚度减薄率的测试结果的相对误差均小于10%。(2)在数值模拟试验中，随着材料屈服强度民值的增大，试验钢板在拉深成形中所产生的最大拉深力、板料的厚度增厚率随之增大，但板料的厚度减薄率随之减小。进行