基于弧形件的QP980钢回弹控制与补偿研究

作     者：张训森 

作者单位：天津职业技术师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡玉俊

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：QP980钢 回弹预测 减少回弹 回弹补偿 

摘      要：QP钢是最新的第三代超高强度钢,拥有超高的强度和较好的延伸率,应用前景广阔。但是超高的屈服强度使得QP钢的成形和回弹问题依然很严峻,尤其是较大的回弹问题导致模具不断返修,浪费了大量的时间和成本。本文基于自主设计的弧形件对QP980钢的回弹问题进行研究,提出了一套从准确预测回弹,到如何减少回弹,再到对回弹进行补偿的回弹控制与补偿流程。CAE开发阶段,采用先进的回弹预测模型即Y-U材料模型,对弧形件进行回弹预测,并与目前工业上常用的两种材料模型进行对比。最后通过实验进行验证,结果显示,采用Hill+Y-U、Barlat+Y-U、Hill和Barlat材料模型预测的平均回弹值与实际值的差值分别是0.05mm、0.1mm、0.15mm和0.3mm。采用Y-U材料模型可以极大的提高QP钢的回弹预测精度。工艺优化阶段,将中心复合实验设计与响应面法相结合,对影响弧形件回弹的工艺因素压边力、下模与板料的摩擦系数和压边圈与板料的摩擦系数进行了分析,指出板料成形越充分,弧形件的回弹越小。然后对工艺因素进行基于响应面法的多目标的遗传算法优化,得到了最佳的工艺组合,使用优化后的工艺参数,模拟弧形件修边后最大回弹从0.89mm降到了0.44mm,减少了50%。回弹补偿阶段,提出了一套回弹补偿流程,提高弧形件的回弹补偿效率。此流程的第一阶段是工艺优化,基于准确的预测回弹和对工艺进行优化,尽量减少弧形件回弹,为回弹补偿提供了良好基础。第二阶段是回弹评估与回弹补偿前的鲁棒性分析,基于虚拟正交实验法对影响回弹的各工艺因素进行鲁棒性分析,分析指出弧形件会因为工艺参数的波动,导致实际生产过程中产生大约30%的尺寸不合格产品。第三阶段是回弹补偿,基于回弹预测结果对弧形件进行回弹补偿,使得补偿后的产品形状与预期形状的最大偏差从优化后的0.44mm降到0.12mm。第四阶段是对补偿后的模具进行回弹和质量控制分析,基于虚拟正交实验法对影响回弹和成形质量的各工艺因素进行鲁棒性分析,分析指出补偿后的模具冲压出的产品会因为下模与板料间的摩擦系数和压边力波动而造成产品质量波动,生产过程中增加润滑条件以及适当减少压边力,可以提高产品的合格率。最后通过实验得到的弧形件产品成形质量良好,尺寸精度符合要求,验证了本文提出的对QP钢回弹控制与补偿流程的合理性。此流程不仅可以提高回弹补偿的效率还能提高产品的合格率,避免了盲目补偿以及补偿不合理而造成的大量时间成本和经济成本的浪费。