车用热镀锌钢板拉深成形特性研究

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1、上海交通大学博士学位论文摘要近二十年来，国内汽车工业发展迅速。汽车向轻量化发展的同时，对耐蚀性能和抗冲撞性能的要求也越来越高。热镀锌钢板以其优良的耐蚀性、涂覆性等优点已被越来越多地应用于汽车零件上。但车用镀锌钢板使用性能苛刻，周内外汽车制造企业迫切需求全面掌握车用镀锌钢板在具体成形工艺下的成形性能，以提高整车成形质量，有效减少生产成本。基于此原因，上海交通大学与上海大众汽车有限公司建立了开展车用镀锌钢板成形性方面的科研合作项目。本论文依托合作项目，主要针对在上海大众汽车有限公司自制车身零件中使用最广的车用

2、热镀锌钢板(牌号：STOTZn)的拉深成形特性进行系统研究．本论文根据由简单拉深件(圆筒件、方盒件及矩形件)到复杂拉深件(轿车前地板零件)的研究思路，主要采用数值模拟与物理模拟方法，从三个方面(材料参数、摩擦润滑参数和压边力参数)对车用热镀锌钢板拉深成形特性的影响进行了深入细致地研究。所涉及的主要研究内容如。下：运用物理模拟相似理论，建立了复杂拉深件(轿车前地板)相似性试验模型(轿车前地板试验件)，并对所建模型的合理性进行了分析。为进行物理模拟试验研究奠定了坚实基础。分别采用标准FLD测试试验(半球胀形试

3、验)及物理模拟测试试验(矩形件拉深试验)建立了车用热镀锌钢板的成形极限图(标验FLD和模验FLD)。通过矩形件拉深成形模拟试验，对两种车用热镀锌钢板FLD进行了评估，从而确定了将模验FLD运用于本论文所有相关数值模拟试验中，为进行数值模拟试验研究建立了切合实际的热镀锌钢板拉深极限成形状态评定标准。基于简单拉深件(圆筒件及方盒件)拉深成形模拟试验，定量分析了三个主要材料力学性能参数(厚各向异性指数r、硬化指数n及材料屈服强度仃。值)及镀层特征参数(基板厚度、镀锌量)对车用热镀锌钢板拉深成形性的影响显著性，获

4、得了力学性能参数及镀层特征参数在车用热镀锌钢板拉深成形过程中的变化规律。为企业进行钢板选材及热镀锌钢板拉深成形件质量控制提供了具体分析数据。运用探针测试技术，发明了一种新型探针式压力传感器(目前已申请国家发明专利，专利公开号：1556382)，并将此新型探针式压力传感器运用于板料拉深成形摩擦系数试验测试系统中．同时，将圆筒件拉深成形中由拉深摩擦系数测试试验系统得到的摩擦系数测定值与通过经验理论公式获得的摩擦系数计算值进行了摩擦系数测定精度物理模拟试验分析：根据探针法所获得的板料拉深成形摩擦系数测定值与经验

5、理论公式获得的摩擦系数计算值的绝对误差小于5％。由此可·I·上海交通大学博士学位论文摘要知，采用新型探针式压力传感器进行板料拉深成形摩擦系数实时测定具有较高的测试精度，并具有很高的实用推广价值．根据流体动压润滑理论，建立了理想润滑状态下的圆筒件拉深成形法兰变形区的理论摩擦模型。根据所建立的理论摩擦模型，采用有限元法针对圆筒件拉深过程中所产生的摩擦系数进行了数值模拟计算(计算值)与通过相应的物理模拟试验测试的摩擦系数(测试值)进行对比，试验结果表明：圆筒件拉深成形所产生的摩擦系数并不是恒定不变的，而是随拉深

6、行程而略有增大．摩擦系数计算值较测试值小。造成此结果的主要原因在于将圆筒件拉深成形法兰变形区的润滑油膜状态假设为理想润滑状态所致。为了深入研究热镀锌钢板拉深成形过程中的摩擦润滑特性并研制出兼备固、液体润滑剂优点的新型润滑剂。首先对不同润滑状态下热镀锌钢板简单拉深件(圆筒件及矩形件)和复杂拉深件(轿车前地板试验件)的拉深成形特性进行了定量分析。重点分析了热镀锌钢板在简单拉深件(圆筒件及矩形件)以及复杂拉深件(前地板试验件)拉深成形中所产生的摩擦系数及最大拉深力的变化规律，并获得了对热镀锌钢板拉深成形具有最佳

7、润滑效果的常用拉深润滑油一PK润滑油。接着引进纳米技术。以纳米石墨作为主要研究对象，通过一系列物理模拟对比试验，最终获得了纳米石墨按质量分数大约为20％添加到基油--PK油中而配置出的新型纳米拉深润滑剂(12拉深润滑油)具有最佳的润滑效果。分别采用变行程压边力控制和分段压边力控制技术对热镀锌钢板简单拉深件(矩形件)及复杂拉深件(轿车前地板试验件)进行了拉深成形模拟试验。在进行变行程压边力控制研究中，首先对原有的一台HHP28-120拉深液压机进行了技术改造，以满足进行变行程压边力控制物理模拟试验研究的需要

8、。同时，选取出十二种典型变行程压边力控制曲线进行了数值模拟与物理模拟验证试验。试验结果表明：U形曲线是最佳变压边力控制曲线．在进行分段压边力控制研究中，根据坯料在矩形件法兰区的应力应变分布特性，首次采用了一种新的分段压边方法：约110。钝角分段压边方法。在进行数值模拟试验中，采用此新的分段压边方法与传统分段压边方法90。直角压边方法及整体式压边方法进行了简单拉深件(矩形件)和复杂拉深件(轿车前地板拉深试验件)对比性拉深试验。试