先进高强度钢板冲压成形扭曲现象之研究
先进高强度钢板冲压成形回弹的预测与控制
累，具有较强的均匀变形能力。
几个钢种的成形极限图的对比图见图１．２。
成形极限图能较全面的表征各类钢在各种应力状态下的成形性，从图１．２可以看出：双相钢和ＤＰ６００的成形性相当，ＴＲＩＰ６００的成形性和ＩＦ钢相当，且在深拉延和平面应变区的成形性还优于ＩＦ钢。
②回弹回弹是指冲压构件脱模后，偏离原在模具中形状的一种变形量。
高强度钢的机械性能和普通低碳钢有很大差异，钢板高强度化易引起塑性下降，成形性变差，而屈服强度的提高则引起面畸变和回弹效应，增加形状不稳定性。
典型的成形缺陷有开裂、形状不良、尺寸精度不良和卡模具等。
材料强度升高时，残余应力增大，易产生变形后弹性回复引起的形状不良和尺寸精度不良等。
这是高强度钢板成形中最为严重的问题【ｎ。
导致由这类材料冲压而成的汽车冲压件的回弹量远大于使用普通低碳钢板的冲压件，回弹问题更加突出。
图１．３几种钢回弹对比图Ｆｉｇ１．３Ｓｐｄｎｇｂａｃｋｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｅｅｌｓ从图１．３可以看出，随着板料强度的提高，回弹越严重。
由于先进强度钢独特的材料性能，成形后的回弹比普通钢及传统高强度钢大。
因此回弹是先进高强度钢冲压成形工艺的设计难点。
利用有限元仿真软件，分析先进高强度钢的回弹特性，可有效指导先进高强度钢冲压成形设计。
１．４冲压回弹的分析和控制方法冲压回弹分析是回弹控制的基础，回弹分析的准确程度，决定了回弹控制的有效性。
只有准确预测回弹，才能从根本上解决回弹问题。
１．４．１冲压回弹的分析方法常用的回弹的分析方法有两种，解析方法和有限元方法。
①解析法重庆大学硕士学位论文２先进高强度钢介绍２先进高强度钢介绍２．１先进高强度钢简介根据国际上对超轻钢汽车的研究（ＵＬＳＡＢ．ＡＶＣ），把屈服强度在２１０－５５０Ｎ／ｒａｍ２范围内的钢板称为高强度钢板；屈服强度大于５５０Ｎ／ｒａｍ２的钢板称为超高强度钢板。
根据强化机理的不同又分为普通高强度钢板和先进高强度钢板。
其中，普通高强度钢板主要包括高强度ＩＦ（无『自Ｊ隙原子）钢、烘烤硬化钢、含磷（Ｐ）钢、各向同性（ＩＳ）钢、碳一锰（Ｃ．Ｍｎ）钢和高强度低合金（ＨｓＬＡ）钢；先进高强度钢主要包括双相（ＤＰ）钢、相交诱发塑性（踊Ｐ）钢、复相（ｃＰ）钢、贝氏体（ＢＰ）钢和马氏体（ＭＰ）钢等。
高强钢冲压成形过程中的扭曲回弹及补偿研究
高强钢冲压成形过程中的扭曲回弹及补偿研究高强钢因具有良好的减重能力、较高的安全性能等优势,已被广泛应用于汽车车身的制造之中。
但高强钢在冲压成形后容易产生较大的回弹,对于复杂结构的冲压件还会出现严重的扭曲回弹,对产品质量和装配精度有重要的影响。
为提高产品质量和装配精度,本文以TRIP780高强钢双C梁为研究对象,进行了扭曲回弹数值分析和试验研究,并对模具结构进行了优化设计,主要工作内容如下:TRIP780高强钢是一种具有高强度和高塑性的汽车用钢,在冷变形过程中,残余奥氏体向马氏体的转变将导致材料塑性提高及回弹增大。
基于TRIP780高强钢的扭曲回弹特点,计了具有扭曲回弹特征的双C梁模具,并利用YJ32-100A四柱液压机和Micro575三坐标测量仪进行了相应的试验研究。
基于ABAQUS软件,综合运用显示和隐式有限元方法,对TRIP780高强钢双C 梁冲压成形和扭曲回弹过程进行数值模拟。
基于三维空间两异面直线夹角,提出了一种扭曲回弹评价指标。
基于三种不同的硬化模型:Ziegler硬化模型、Johnson-Cook硬化模型和Voce-Chaboche混合硬化模型,分析了不同硬化模型对双C梁扭曲回弹预测精度的影响。
为了提高双C梁有限元模型的精度,实现扭曲回弹的精确预测,基于试验数据,利用响应面法和遗传算法对Voce-Chaboche混合硬化模型参数进行反求。
在已验证的双C梁有限元模型基础上,利用极差分析方法对影响扭曲回弹的相关因素进行分析,确定了影响扭曲回弹的关键因素,为有效地控制扭曲回弹提供了理论依据。
基于有限元模型对双C梁扭曲回弹进行补偿研究,根据双C梁冲压成形后的应力分布情况及几何特征,对凹模与压边圈表面进行了结构优化设计,设计出了渐变圆角半径凹模与宏观织构压边圈(纵向织构压边圈与横向织构压边圈),并结合渐变圆角半径凹模与纵向织构压边圈进行了综合补偿研究。
研究结果表明:基于渐变圆角半径凹模的回弹角减小了23.8%;基于纵向织构压边圈的回弹角减小了27.9%,基于横向织构压边圈的回弹角减小了21.2%;基于渐变圆角半径凹模和纵向织构压边圈的回弹减小了33.6%。
国内外高强度汽车板热冲压技术研究现状
态下冲压，也降低了回弹的程度，基本没什么回弹。
相对冷冲压而言，热冲压也有不足之处。由于需要
加热炉对钢板进行前处理， 增加了加热设备及其能耗 这一大环节。 生产过程中由于需要加 热和保压 （淬火）， 从而增加了生产时间，生产效率也因此降低。
此外，由于热冲压成熟的技术设备，特别是热冲压 压机、模具、激光切割机以及全套设备的自动控制系统 基本由国外公司掌控，技术封锁严密，现阶段设备投资 大，一般的小型汽车厂难以承受。
技术与装备纵横
□康 斌
国内外高强度汽车板
热冲压技术研究现状
为适应汽车轻量化、降低燃油消耗、减少污染物排 放和提高汽车碰撞安全性的要求， 汽车用高强度钢板 的使用比重越来越大，如高强度双相钢、TRIP 钢等。 高 强度汽车板、 尤其是超高强度汽车板在常温下的变形 范围很窄。 当前各大汽车厂生产车身及部件主要采用 冷冲压法，采用此法冲压高强度汽车板时，冲压过程中 需要的冲压力大且容易开裂，产生过量回弹。尤其是针 对 超 高 强 度 钢 板 （ 抗 拉 强 度 ≥550MPa）， 冲 压 时 这 两 项 缺陷尤为突出。热冲压技术可以解决这两个问题，同时 可以使冲压后的成品抗拉强度得到大幅度提高。
在热冲压工艺技术细节完善层面， 可以应用计算 机辅助技术， 仿真模拟热冲压试验研究过程中钢板的 成形和淬火过程，将各项工艺环节进行优化。
目前对热冲压工艺的自动控制研究还基本没有， 因而需要加强研究和消化， 以免在工艺的生产控制方 面受制于人。 同时强化操作人员培训，提高生产水平。
（作者单位：武钢研究院）
高强度汽车板热冲压技术主要用于生产轿车车身 结构中对强度要求高的部件，如：门内侧梁、柱，底板中 央通道、车身纵梁和横梁、门槛、保险杠等安全防撞件。 这些部件的强度级别直接关系轿车的安全性能， 尤其 是国家提高了对汽车防撞级别的要求， 这些部件的强 度级别更是关系到整车的安全星级。
钢材生产扭曲变形机理研究
钢材生产扭曲变形机理研究钢材是一种非常广泛应用的材料，可以用于建筑、机器制造、交通运输、航空航天等多个领域，因此在工业中具有非常重要的地位。
然而，在钢材生产过程中，常常会出现扭曲变形的问题，这种问题一定程度上会影响钢材的性能和质量，因此有必要对其进行深入研究。
扭曲变形是指钢材在生产过程中，在某些区域发生的相对剪切变形，这种变形通常以上下方向为主，并且可能会伴随着膨胀、缩小、弯曲等变形。
扭曲变形的发生与很多因素有关，主要包括材料力学性能、材料成形性、成品尺寸、轧制辊型等，因此要想深入解决这个问题，就需要从多个方面进行研究。
首先，扭曲变形与材料力学性能有很大关系。
在钢材制造过程中，产生扭曲变形的主要是冷轧板材，此时板材的力学性能会受到影响。
实验研究表明，板材的加工硬化指数、材料屈服强度等因素都与扭曲变形有一定联系。
而加工硬化指数是指材料施加一定应力后，发生的塑性变形与应力变化的关系系数，其值越大表明材料塑性变形能力越差，自然发生扭曲变形的可能性也越大。
材料屈服强度是指材料在申斥过程中能够承受的最大应力，其值也会影响扭曲变形的发生。
其次，材料成形性对于扭曲变形也有很大的影响。
成形性是指材料在冷热加工过程中所具有的变形能力，同时还包括可焊性、可淬性、可续接性等指标。
由于成形性过差的材料在加工过程中容易出现瑕疵，并且对于扭曲变形的抵抗能力也非常差，因此通常不易生产出高质量的制品。
而成形性好的材料，往往可以在加工过程中形成均匀的力学状态，从而减少扭曲变形的可能性。
另外，板材的成品尺寸也是导致扭曲变形的重要因素之一。
成品尺寸主要包括长度、宽度、厚度三个方面，不同的尺寸参数对于扭曲变形的发生都会有不同的影响。
例如，较窄的板材对于压辊与拉辊之间的力分布更加均匀，所以会产生较小的扭曲变形。
研究发现，在钢材生产过程中，为了避免扭曲变形的持续发生，需要在成品尺寸的控制上进行严格的操作。
最后，轧制辊型也是导致钢材扭曲变形的关键因素之一。
高强钢冲压成形的缺陷分析与质量控制措施
高强钢冲压成形的缺陷分析与质量控制措施摘要：冲压加工是高强钢零件的重要加工方法，然而，在冲压加工过程中，冲压加工成的零件会形成质量缺陷。
基于此，本文重点论述了高强钢冲压成形的缺陷与质量控制措施。
关键词：高强钢；冲压缺陷；质量控制冲压属于材料成型工程技术，其加工方法是将高强钢在冲压模具中通过常规或专用的冲压设备的力使其形变，从而制成人们所需要的各种零件。
采用冲压方法加工的零件轻、薄、匀、强，可提高高强钢的刚性。
冲压加工法虽然效率高、成本低，优于锻造法和铸造法，但对高强钢有很高的要求。
高强钢的厚度必须准确均匀，形状规则，延展性良好，表面必须光滑整洁。
在高强钢的冲压加工中，很容易形成缺陷。
因此，本文提出的高强钢冲压成形缺陷及质量控制措施具有重要的现实意义。
一、高强钢分类屈服强度在1370MPa(140 kgf/mm2)以上，抗拉强度在1620 MPa(165 kgf/mm2)以上的合金钢称高强度钢。
1、无间隙原子高强钢(IF)。
IF钢主要是在超低碳钢中通过添加微量合金元素和固定间隙原子以改善材料的塑性应变比和应变指数比，这种钢既具有较高的强度，又具有非常好的塑性，通常用于外板件和难成形的结构件。
2、烘烤硬化钢(BH)。
BH钢是通过在钢中保留一定量的固溶碳、氢原子，在加工成形后通过烘烤硬化利用加速时效原理使间隙原子钉扎错位，来提高成形零件强度和钢板抗凹性，主要应用于外覆盖件。
3、各向同性钢(IS)。
IS钢主要是对低碳高强钢进行微Ti处理或采用固溶强化方式从而达到控制各方向塑性应变值的目的，其主要组织为铁素体，主要应用于汽车外板或复杂结构件。
4、双相钢(DP)。
DP钢是由低碳低合金高强度钢经临界区处理和快速冷却获得，其主要组织为铁素体+马氏体，与传统高强钢相比，双相钢具有高加工硬化率、高抗拉强度、低屈强比、高延伸率、高吸能性等特点，主要应用于汽车安全件和结构件。
5、相变诱导塑性钢(TRIP)。
TRIP钢在成形中残余的奥氏体会逐渐转变为更硬的马氏体，有利于均匀变形，实现了强度和塑性较好的统一，较好地解决了强度和塑性矛盾。
高强度钢板冷冲压成形数值模拟研究
图6 压边力对纵向回弹影响的模拟结果
分明显。对于此类弯曲半径相对较大的细长零件，如 果能够在成形时增大零件两端的压边力，或者再施加 一定的拉力（比如拉弯），可以有效减小纵向回弹 量。
对高强钢前保险杠的成形缺陷规律分析可知，压 边力选为5 000 kN可得到成形质量较好的产品，此时 零件的最大变薄率为18.23%，未出现起皱和拉裂缺 陷，且成形后工件回弹较小。
补充，因此导致B处变薄量增大。随着压边力进一步 增大，B处变薄量加剧，并最终导致此处出现开裂， 如图3c中C处。 3.2 回弹模拟研究
超高强钢冷成形后回弹问题非常显著，回弹是成 形后工件的主要缺陷之一，因此在工艺制定和模具设 计时必须加强对回弹的控制。本文研究了压边力对该 保险杠回弹的影响。
该零件的回弹主要包含截面回弹和纵向回弹两
2010年第1期
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 69
数 字化园地
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种，如图4。分别模拟研究了压边力为1 600 kN、 3 000 kN、4 000 kN、5 000 kN时成形工件的回弹 状况。图5是压边力对截面回弹的模拟结果，可以看 出，随着压边力的增加，截面回弹量明显减小，因此 增大压边力可以有效控制截面回弹，提高截面形状 精度。图6是压边力对纵向回弹的模拟结果，可以看 出，增加压边力也能够减小纵向回弹量，但效果不十
对于此类弯曲半径相对较大的细长零件如果能够在成形时增大零件两端的压边力或者再施加一定的拉力比如拉弯可以有效减小纵向回弹对高强钢前保险杠的成形缺陷规律分析可知压边力选为000kn可得到成形质量较好的产品此零件的最大变薄率为1823未出现起皱和拉结论1压边力对变薄起皱和拉裂等缺陷影响较大
冲压成形中的变形机理与材料流变行为研究
冲压成形中的变形机理与材料流变行为研究冲压技术作为现代制造业中一项重要的加工工艺，在各行各业中得到广泛应用。
而要实现成功的冲压加工，我们需要深入研究并了解其中的变形机理与材料流变行为。
本文将对冲压成形中的变形机理和材料流变行为进行探讨，为相关研究和实践提供指导。
一、冲压成形中的变形机理冲压成形是通过外力使材料发生塑性变形，从而获得所需形状的一种加工方法。
在冲压成形过程中，材料会受到多种力的作用，包括轴向力、径向力以及摩擦力等。
这些力的作用使得材料分子内部发生重新排列，从而导致变形的形成。
首先，我们来探讨轴向力对材料的影响。
轴向力是指沿冲压方向施加的力，它会使材料沿着冲压方向发生塑性变形。
当轴向力超过材料的屈服强度时，材料会发生塑性变形，形成所需的形状。
而如果轴向力不足以克服材料的抗拉强度，则会导致断裂。
其次，径向力也是冲压成形中一项重要的力。
径向力是指沿着冲压方向的垂直力，它会使材料向外扩展。
当径向力超过材料的抗压强度时，材料会向外发生膨胀，从而形成毛坯的形状。
而如果径向力不足以克服材料的抗压强度，则会导致压痕的形成。
最后，摩擦力也是冲压成形中一个不可忽视的因素。
摩擦力是指工件与模具之间的摩擦力。
摩擦力的大小会直接影响到材料的变形程度以及表面质量。
在冲压过程中，适当的摩擦力可以提高材料的变形能力，但如果摩擦力过大，则会导致材料难以流动，甚至卡死在模具中。
二、材料流变行为的研究材料流变行为是指材料在塑性变形过程中的变形规律和特点。
通过研究材料的流变行为，我们可以深入了解材料在冲压过程中的变形机理，进而优化工艺参数，提高生产效率和产品质量。
在冲压成形中的材料流变行为研究中，常用的方法包括材料力学性能测试、应力应变曲线的绘制以及有限元模拟等。
首先，材料力学性能测试是研究材料流变行为的基础。
该测试可以通过拉伸试验、压缩试验等方式获取材料的应力应变曲线，并计算出材料的屈服强度、抗拉强度等力学性能参数。
这些参数可以为后续的材料流变行为研究提供基础数据。
先进高强度钢板冲压成形回弹的预测与控制的开题报告
先进高强度钢板冲压成形回弹的预测与控制的开题报告一、研究背景随着工业生产的发展，高强度钢板在汽车、航空、轨道交通等领域得到广泛应用。
因其材质硬度高、强度大、耐腐蚀等特点，可以有效提高产品的使用寿命和安全性能。
但是，在高强度钢板冲压成形的过程中，由于材料的特性，往往会出现回弹现象。
回弹会导致成品尺寸偏差，影响零件的质量和精度。
针对高强度钢板回弹问题，国内外学者们已经开展了大量的研究工作。
其中，预测与控制成为优化回弹问题的解决方案之一。
然而，现有的预测与控制研究主要集中在低碳钢板上，针对高强度钢板的研究仍然较为薄弱。
因此，本论文旨在深入研究高强度钢板冲压成形回弹的预测与控制方法，探讨应用于实际生产中的可行性。
二、研究内容与技术路线（一）研究内容1. 高强度钢板回弹问题的分析与归纳2. 预测模型的建立与验证3. 控制方法的探讨与实现4. 实验验证与结果分析（二）技术路线1. 数据收集采集高强度钢板的材料性能数据，包括弹性模量、屈服强度、延伸率等。
2. 预测模型的建立与验证基于经验模型、数值模型和统计模型，建立高强度钢板冲压成形回弹的预测模型，并对模型进行验证。
3. 控制方法的探讨与实现探讨高强度钢板回弹的控制方法，包括材料、工艺、设备等方面的变量进行控制，实现高强度钢板回弹的控制。
4. 实验验证与结果分析通过实验验证预测模型和控制方法的有效性，并对实验结果进行分析和总结，为进一步研究提供科学依据。
三、研究意义本论文的研究为高强度钢板冲压成形回弹的预测与控制提供了一种新方法，有助于解决高强度钢板回弹问题，提高产品的品质和精度，降低生产成本和资源浪费。
同时，本论文的研究也有助于推动高强度钢板冲压成形技术的发展，提高我国产业竞争力。
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國立台灣大學機械工程學系模具設計實驗室 Die Design Lab,Department of Mechanical Engineering,National Taiwan University
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研究方法與步驟
降 之 伏 探 準 討 則
Hill 48
降伏準則之 整理與探討 Barlat 材料性質 實驗 CAE 模擬
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降伏準則-Barlat’89
Barlat提出非二次式且非等向性的降伏準則，其 Barlat’89降伏函數如下式所示： 其中a，b，c，h，p為材料參數 m為多晶體模型，對於等向性體心立方( B.C.C)(m=6) 和 面心立方(F.C.C)(m=8)金屬。
F ( ij ) k ( )
2
F ( ij )為降伏應力函數
k 為硬化係數
k 2 為降伏面大小
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Hill於1948年提出Hill 48降伏準則，為一個二次非等向 性的降伏準則，可描述材料的異向性性質。Hill 48降伏 準則結合等向硬化準則為目前模擬板金沖壓成形中最常 使用的材料模型，其降伏函數下式：
其中F、G及H為Hill 48材料模型中描述非等向性的材料 係數，可用塑性應變指數來表示：
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等向硬化
等向硬化準則為最基本的加工硬化理論，其理論為材料進入塑性區 後，初始降伏面會均勻擴大而不產生變形或移動現象。 不考慮包辛格效應
，
，
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Hill 48的數學理論式子較為簡略，若要同時正確地模擬 材料的異向性以及降伏應力下的受力行為甚為困難，需 要更複雜且完整的降伏函數方能較佳的表現材料真實的 受力情況。
二、降伏準則及加工硬化準則之探討
1) 降伏準則之探討 2) 加工硬化準則之探討
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降伏準則-Hill48
動態硬化
Prager 1955年提出動態硬化準則，其理論為材料進入塑性區後，初 始降伏面的形狀及大小不變。
f ( ij , k ) F ( ij ) k 0
2 0
動態硬化係數
dX ij Cx X sat d Cx X ij d
p ij
p
dX 、 X ij : 動態硬化張量 ij C、 X sat : 材料降伏面性質參數 x d ：等效應變率 d ijp : 塑性應變率張量
2
一、前言
1) 研究背景與目的 2) 研究方法與步驟
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研究背景與目的
隨著科技的進步，環保節能的需求，以及產品市場的激 烈競爭，輕量化已是大多數產品開發必須考慮重點之ㄧ。 為了達成車輛減重的目的，偏向使用價格相對低廉的高 強度鋼應用於汽車之結構件，藉由強度的提升以降低對 板材厚度的需求，進而減少汽車車體的重量。 高強度鋼板在沖壓成形製程中，除了成形困難，容易產 生破裂的缺陷之外，另一成形困難點仍是容易產生回彈 （ springback ） 、 側 壁 捲 曲 (side wall curl) 與 扭 曲 (distortion)等幾何形狀與尺寸的變異。
1
內容大綱
一、前言 二、降伏準則及加工硬化準則之探討 三、降伏準則Hill 48及Barlat之模擬分析 四、先進高強度鋼扭曲現象之研究 五、S-rail扭曲現象之研究 六、結論
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先進高強度鋼板沖壓成形扭曲現象之研究
國立台灣大學機械工程學研究所 指導教授： 陳復國 博士 報 告 者： 蔡恒光
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國立台灣大學機械工程學系模具設計實驗室 Die Design Lab,Department of Mechanical Engineering,National Taiwan University
加工硬化準則-混合硬化
Yoshida 材料模型為描述混合等向硬化和動態硬化準則 的硬化準則類型，適合模擬大應變且循環塑性變形時的 受力情形，亦就是有反覆加工硬化之情況。 對於某些材料若有反覆加工硬化之情況，其材料包辛格 效應會比較明顯。
V型彎曲成形 之驗證
(側壁外開) U型帽狀引伸成形 之驗證 (側壁捲曲)
扭 之 曲 探 現 討 象
歸納S-rail 型特徵造型
CAE 模擬
NUMISHEET 1996年 之實驗數據驗證
探討S-rail型之 扭曲現象
(扭曲)
改善扭曲現象之 設計分析
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