[科普中国]-拉延性能

简介拉延性能对汽车覆盖件成型工艺具有重要影响，快速、准确地测量冷轧薄钢板成型性能是对覆盖件成型工艺进行质量控制的前提条件。目前，在汽车工业生产中，铝板材以及HSIA钢材用于车身零件加工的比例日增。原因是使用这些材料，可以降低车身零件的重量。而轻量化恰恰是汽车生产的发展趋势之一。汽车生产的另一发展趋势是焊接板坯的大量使用。这类板坯是由不同厚度、不同表面状况以及不同硬度的板坯片段焊接而成的，这种坯料的应用大大节省了原材料，但同时也带来加工上的若干问题1。

特点普通材料试验机的板材成型性能测试专项功能技术升级方案，研制了汽车覆盖件用冷轧薄钢板拉延成型性能微机测试本发明提出了一种可拉延并具有优异定型性能的高强度薄钢板及其生产方法。可拉延并具有优异定型性能的高强度薄钢板，其特征是：在位于钢板厚度中心的取向组，系中的X射线强度相对于随机X射线衍射强度的平均比率是2或更高，而且三个取向组分中的X射线强度相对于随机X射线衍射强度的平均比率是4或更小；至少一个表面的粗糙度的算术平均值Ra为1到3.5μm；钢板的表面覆盖具有润滑作用的组合物；在0到200℃下钢板表面的摩擦系数是0.05到0.2。此外，本发明是上述钢板的生产方法，其特征是：在转变温度+100℃或更低的温度范围内，以25%或更高的总缩减率对含有本发明指定的化学组成的钢板进行轧制。

改善金属流动对拉延性能的影响影响拉延成形最重要的因素就是变形金属向凹模流动的控制。由于焊接板坯大都由不同厚度的板料片段拼成，故而在成形时，不同厚度的各个部分，向凹模流动的速度并不相同。这便使生产过程难以按预期进行，使制成品质量下降，甚至产生废品。为此，应控制金属向凹模孔的流动速度，以使制成品不产生起皱和破裂。

(1)首先从优化坯料的形状和尺寸入手。比如拉延大尺寸的板坯，其所受的摩擦力会更大一些，金属流动阻力也相应增大，所以合理设计坯料的形状和尺寸，可以达到控制金属流动的目的。

(2)改善润滑条件和选择合适的润滑油，可以改善摩擦条件，进而减小流动阻力，以利于成形。

(3)模具上设置拉延筋和锁定筋。拉延筋可以产生摩擦力和弯曲力，能够控制金属的局部流动速度，使之放慢。密西根技术大学的Weinm教授等人正致力于高度可调拉延筋的研究。锁定筋的作用与拉延筋不同，它可使压边圈之下、锁定筋之上的金属完全停止流动。

(4)板料拉延成形中，随冲压深度的增加实时控制并调节压边力(BHF)不仅可以合理控制金属流动得到壁厚均匀的制成品，还可以充分利用材料的拉延潜力，得到更大的极限拉延比(LDR)。BHF的实时控制可以建立在现有设备的技术改造基础之上，主要思路是对毛坯上的正压力进行监控，使BHF随渐增的冲程沿预设优化控制曲线施加于坯料之上。

(5)由于组成焊接坯料的各个片段的厚度、表面状况及硬度上的这种差异，最终会体现在压边圈(BH)结构的弹性变形上，使冲压力及压边力偏斜，使BHP分布不均，造成制成品缺陷。所以，研究压边圈弹性形变，研究这种形变对板料拉延成形质量的影响，对实际工业生产有重要意义2。

压边圈形变对板料拉延性能的影响为解决拉延过程中失稳问题，需要在模具上安装压边装置。通常压边装置有两种:刚性压边装置和弹性压边装置。其中弹性压边装置最常见的是橡胶、弹簧和气垫。前两种由于压边力随压力机行程变化而变化，对于拉延较深的制件不利。而使用气垫虽然使压边力随压力机行程变化很小，但一般小型压力机都不加装，其结构又比较复杂，还需要附设气源等，故而应用同样受限制。利用液压机的顶出机构进行压边的方法目前应用广泛。文献把所在工厂的本来只用作顶出机构的顶出缸稍加改进用于压边，并根据拉延件的变形情况，通过机构中的溢流阀做简单调节，可以寻找到一最佳工作点。

在大多数拉延过程的研究中，一般假设压边圈为刚性，且在成形中产生的形变极小，可以忽略。俄亥俄州立大学的ERC/NSM为深入研究压边圈弹性形变，对专用焊接坯料做了大量的拉延成形实验得出结论说:在实际生产中，压边圈与毛坯的接触，随毛坯厚度的变化而有所不同，压边圈只作用在毛坯的最高点，压力也只施加在这些点上。实验结果显示:在板料的拉延成形过程中，即便是再厚的压边圈，在成形中的实际表现也并非如假定的那样是刚性的。实验用的压边圈被分成两个部分，以便与一边厚一边薄的坯料相对应。由压力传感器测出的一边厚一边薄的焊接坯料上，两个不同区域所受BHF不同，薄边处BHF大，厚边的BHF小，故而证明了BH在加工过程中有不可忽略的弹性形变，不应被视为刚性体。俄亥俄州立大学又用有限元模拟软件PAM-STAMP找出接触区域和接触力，并与实验结果相比较。FEM模拟时未考虑模具偏斜，弹性压边圈上边是假定刚性的毛坯，所以接触区域大小的变化只同BH的弹性偏斜形变有关。总之，研究表明非一致厚度的毛坯被加工时与压边装置接触不够密切，故而BH的一点小变形都将导致压边力分布的巨变。若要用弹性理论及FEM模拟计算以期得到合理的成形预测时，应充分考虑BH的弹性形变，否则结论将与实际相差甚远。

压边圈弹性形变对拉延有负面影响，因形变而偏斜的BH会影响压边力压强的分布。同时，由此也可以启发我们，构思一种弹性可变形压边圈结构，以补偿因焊接毛坯非对称性为加工带来的偏差。可以想象弹性可变形压边圈能够使自己适应拉延工件的条件变化，进而得到一致的凸缘区域压边力压强分布。从而也就得到了凸凹模间金属材料的一致流动，并最终达到保证工件质量的目的。Doege E和Stock G曾经成功地应用橡胶弹性BH来把平面板坯拉延成方盒件。他们总结了这种弹性可变形压边圈结构的几个优点是:起皱现象减少了;局部压边力压强降低;简化模具试模程序以及生产工艺过程的柔性增加3。

总结压边力(BHF)的实时控制已成为板料成形研究领域中的热点，把压边圈结构和控制研究同压边力控制研究相结合，对板料成形进行优化控制，必然是金属塑性成形领域的重要研究方向2。