基于活络方形压头可重构模具的高强度中厚板冲压成形关键技术研究

Aiming at the situation that hull double curvature the high strength thick sheet(HSTS) could not be forming by line heating, a novel cold stamping method was proposed, which based on reconfigurable die with rotary square press head and non-pair press mode. Due to the higher load and larger springback during high strength sheet forming, in this project, based on two routes for forming force and springback compensation, the theoretical analysis based on elastic and plastic forming theory for metal sheet, FEM simulation, and experiment method are used to study deeply the theory and technique problem during the new forming process. Those includes: influences factors on the forming force and calculation model of HSTS; the optimal discrete method of surface; the mechanism of suppressing wrinkle; the spring-back behavior and compensation of HSS; the transition technique of continuous stamping forming. The project is different from the warm stamping of HSS, it has the advantage of reconfigurable and renovation in discrete mode, so it is very close to the whole mould by multi-surface instead of multi-point. The work is full of theoretical meaning in exploring the rule of HSS forming. At the same time, it is benefit to design of large scale forming equipment, which can provide the practical reconfigurable die for sheet forming with multi-kinds and a small amount, so it is valuable in application.

针对双曲度、高强度船体外板不能采用常用的水火弯板加工成形的问题，提出了一种基于活络方形压头可重构模具，采用非对压方式冲压成形的新方法。 考虑到高强度中厚板成形所需载荷大、且回弹大的特点，项目以成形力与回弹快速补偿为两条主线，采用弹塑性理论分析、数值模拟以及实验相结合的方法，深入系统研究高强度中厚板在此新方法中的理论及工艺力学问题，主要包括：高强度中厚板材成形力的影响因素及计算模型；曲面的最优化离散方法；活络方形压头模具抑制皱折的机理；高强度板材的回弹行为及高效补偿方法；连续冲压时曲面过渡方法等。 本项目不同于高强度薄板的热冲压成形，它继承了可重构模具的优点，又在整体模具离散方法上有创新，采用多面替代多点使其更接近于整体模具，研究结果对探索高强度板材精确成形规律具有重要理论意义；同时为设计适应多品种小批量的复杂曲面高强度中厚板的大型冲压成形装备奠定基础，具有重要的实用价值。

由于特殊材质，高强度双曲度船体外板不宜采用水火弯板工艺进行成形，本项目提出了一种基于活络方形压头可重构模具非对压方式成形的新方法。针对其成形时所需载荷大、回弹量大特点，项目围绕冷冲压成形的几个关键技术开展研究，具体包括：.1、研制大型船舶三维数控弯板机，搭建研究平台.研发了集机、液、电、控、测量、计算机等技术为一体的世界首台大型船舶三维数控弯板机，攻克了曲面造型、调形控制等关键技术，并以应用于舰船外板成形生产，可替代水火弯板工艺，实现数字化制造，是造船技术的重大进步。.2、冲压成形力及成形缺陷抑制.不同于多点成形，方形压头成形力与压头大小有直接联系。项目研究了板材屈服强度、板厚、压头大小等因素对成形力的影响，得到一定压头尺寸下的冲压成形加工范围所需冲压载荷。分析了可能产生压痕的原因及抑制压痕的工艺方法，为压头设计提供了指导。.3、回弹机理研究.高强度板材冲压成形回弹影响因素多，且复杂，采用人工神经网络及支持向量机等智能计算方法，对回弹试验数据进行了分析，提出了回弹控制及补偿的新方法。.为了建立板材回弹数据库，搭建了基于计算机双目视觉的三维激光线扫描测量系统平台，探讨了视觉测量的关键技术。对成形曲面与理论曲面的匹配算法进行了初步研究。.4、连续冲压工艺研究.受可变模具范围限制，对比较长的船体外板，采取逐段进料、逐段压制的方法。提出了冲压段产生的应力场向板四周扩散的问题，由于边界条件不同，会引起下一个冲压段的部分变形，产生累积效应。为尽快使连续冲压工艺得到应用，研发了多种辅助装置；提出了先以理论形状且无重叠区粗冲压一遍，再进行精冲压的工艺，实际应用效果不错。.5、曲面展开方法研究.针对多压头冲压成形方法，首次提出了基于小三角形及拉伸重叠区的双曲度板展开新算法，编制了展开软件，为无余量加工成形提供了基础。研究发现，基于不同的成形工艺，曲板的展开结果不一样。