不銹鋼-鋁-不銹鋼復(fù)合板圓筒件拉深成形過程中起皺機(jī)理研究.pdf

1、不銹鋼和鋁軋制復(fù)合形成的不銹鋼/鋁/不銹鋼多層復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。不銹鋼/鋁/不銹鋼組成的多層板不僅結(jié)合了不銹鋼的光潔表面和鋁質(zhì)量輕、導(dǎo)熱好等優(yōu)點(diǎn)，而且易清洗、耐腐蝕，在廚具、航空、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于不銹鋼和鋁的材料之間存在著較大的差異性，導(dǎo)致復(fù)合板在拉深成形過程中的產(chǎn)品經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，其中以圓筒件的法蘭區(qū)與筒壁外側(cè)的起皺最為顯著。起皺的存在不僅嚴(yán)重影響了成形產(chǎn)品的使用和美觀，甚至還可能對(duì)模具

2、造成損害。目前，金屬軋制復(fù)合板拉深件的起皺研究尚沒有較為成熟的理論體系做指導(dǎo)。故本文旨在從理論分析法、有限元數(shù)值法和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法三方面探討不銹鋼/鋁/不銹鋼軋制復(fù)合板圓筒件在拉深過程中起皺產(chǎn)生的原因以及各因素對(duì)起皺的影響規(guī)律，從而預(yù)測和防止起皺的發(fā)生，為企業(yè)制定相關(guān)參考評(píng)價(jià)體系提供依據(jù)。具體所做的工作如下：
　　1、采用主應(yīng)力法得出了不銹鋼304/鋁1050/不銹鋼430(SUS304/Al1050/SUS430)復(fù)合板圓筒件的法蘭

3、區(qū)和筒壁區(qū)受力情況及分布規(guī)律；利用能量法推導(dǎo)出了SUS304/Al1050/SUS430復(fù)合板拉深成形過程中起皺失穩(wěn)條件下的臨界壓邊力，并采用有限元軟件定性的分析了理論模型中臨界壓邊力影響的因素。
　　2、采用單向拉伸實(shí)驗(yàn)測得SUS304/Al1050/SUS430復(fù)合板的力學(xué)性能，得到復(fù)合板的抗拉強(qiáng)度σb和屈服強(qiáng)度σs都小于單層板的不銹鋼，并且復(fù)合板與軋制方向成45°（簡稱45°）的σs>與軋制方向成0°（簡稱0°）的σs>與軋

4、制方向成90°（簡稱90°）的σs。采用掃描電鏡觀察了單向拉伸試驗(yàn)的斷口，發(fā)現(xiàn)斷口是典型的塑性斷裂斷口，說明復(fù)合板結(jié)合非常好。采用金相顯微鏡觀察起皺區(qū)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合板界面結(jié)合緊密，其中Al1050層和SUS430層的結(jié)合界面和SUS430層的外側(cè)都產(chǎn)生了明顯的起皺現(xiàn)象。
　　3、采用ETA/DYNAFORM軟件對(duì)SUS304/Al1050/SUS430復(fù)合板圓筒件的起皺進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)起皺區(qū)材料流動(dòng)狀態(tài)、應(yīng)力應(yīng)變以及厚度分布進(jìn)行了分

5、析，結(jié)果表明：90°的流動(dòng)速度>0°的流動(dòng)速度>45°的流動(dòng)速度，這是由于90°的σs<0°的σs<45°的σs，屈服應(yīng)力值小的材料先流動(dòng)；復(fù)合板間的流動(dòng)速度大小為 Al1050層>>SUS304層>SUS430層。
　　4、提出了以厚度差作為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用正交試驗(yàn)方法分析板料直徑、凹模圓角半徑、摩擦系數(shù)、壓邊力等對(duì)SUS304/Al1050/SUS430復(fù)合板在拉深成形過程中起皺影響。結(jié)果表明：對(duì)圓筒件起皺影響最大的因素是壓邊力

6、，其次是凹模圓角半徑、摩擦系數(shù)、板料直徑等。采用極差與方差分析得到了拉深最優(yōu)的工藝參數(shù)為：壓邊力為170KN，摩擦系數(shù)為0.2，板料直徑為355mm，凹模圓角半徑為14mm。
　　5、根據(jù)復(fù)合板拉深成形過程中的起皺理論與模擬的結(jié)果，提出了一種改善起皺的方法，及在最優(yōu)的參數(shù)條件下，在速度流動(dòng)快與厚度增加明顯的方向上設(shè)置拉延筋，對(duì)其進(jìn)行模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：在加拉延筋的作用下，復(fù)合板整體的流動(dòng)速度和筒壁外側(cè)的厚度都得到了均衡，筒壁

7、外側(cè)的起皺明顯減小了。
　　6、通過YBT實(shí)驗(yàn)對(duì)SUS304/Al1050/SUS430復(fù)合板的抗皺性進(jìn)行了測試，并對(duì)實(shí)驗(yàn)后的試樣進(jìn)行了觀測。結(jié)果表明：復(fù)合板的抗皺性大小為：0°>45°>90°，說明在與軋制方向成90°處最容易產(chǎn)生起皺。采用金相顯微鏡觀察拉伸后的試樣，與前面起皺區(qū)的現(xiàn)象一致，并且皺紋都是與軋制方向平行，與前面的理論、模擬和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相吻合。
　　在本課題中，采用理論、有限元模擬、實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法探究SUS3