基于径向分块压边新方法的拉深成形理论及关键技术基础

径向分块压边方法是将压边圈沿径向分块而实施压边的，与传统方法相比，能更有效地抑制法兰变形区金属的起皱趋势，使总压边力降低，提高成形极限。本项目以圆筒形件、圆锥形件以及盒形件拉深成形为研究对象，采用理论分析、数值模拟及实验研究等方法研究径向分块压边方法的相关理论和关键技术基础问题。研究轴对称拉深成形径向分块压边起皱失稳条件，建立起皱失稳模型，优化径向分块压边位置和压边力，绘制临界压边力曲线；研究圆筒形件、圆锥形件拉深破裂失稳条件，建立临界压边力曲线，确定拉深成形极限；研究非轴对称件（盒形件）的分块压边方法，优化工艺参数，确定拉深成形极限；研究径向分块压边的实施方法。通过对径向分块压边方法的深入系统研究，揭示该工艺对抑制起皱失稳、降低总压边力，以及提高拉深成形极限的内在规律，为其在实际生产中得到应用，提供理论基础和依据，对完善冲压成形理论和开发新的冲压工艺有重要的理论意义和实用价值。

压边力控制技术是板材冲压成形工艺和先进冲压成形设备的共性关键技术。针对周向分块压边方法不能解决对径向的不同变形质点分别压边的问题，本项目提出径向分块压边方法和新的拉深成形工艺，既适用于轴对称成形，也有利于非轴对称件的成形。研究工作对进一步揭示起皱规律和丰富冲压成形工艺有实际和理论意义。.本项目采用理论分析、有限元模拟以及实验研究等方法，以轴对称成形的圆筒形和圆锥形件和非轴对称成形的盒形件为研究对象，对皱纹分布、应力应变分布、皱纹形状与临界压边力的关系、模具几何尺寸量化确定方法、采用径向分块和混合分块压边方法降低起皱临界压边力和提高成形极限，以及新工艺的实施方法等问题进行了研究。.对轴对称拉深成形法兰区的起皱问题，提出了新的皱纹模型，指出了从凹模口至法兰外缘皱纹幅值分布与所采用的压边方法和施加的压边力有关。这是实施径向分块压边的理论依据之一。.对轴对称拉深成形，在平面应变假设条件下，给出了应力应变的解析解。对一般轴对称曲面零件的成形问题，在平面应力等假设条件下，给出了从法兰区、凹模圆角区，以及悬空侧壁区的应力应变的积分解法。.采用能量法给出了计算起皱临界压边力的计算式，分析表明，采用径向分块压边可以控制皱纹形状，降低起皱临界压边力，为径向分块压边方法的有效性提供了理论依据。研究表明，与普通压边方法相比，在相同起皱幅值的情况下，合理设计工艺参数，采用三压边圈拉深工艺则可减少起皱临界压边力15%以上，成形极限也有明显提高。.对圆锥形件的成形，在悬空侧壁区施加适当的力，可以有效地提高成形性能。为此，提出了将圆锥形凹模与径向分块压边方法结合的成形工艺，这种方法可以有效地抑制悬空侧壁区起皱，并能显著提高圆锥形件和圆筒形件的成形极限。.对方盒形件拉深成形提出了混合分块压边方法，即在法兰区将圆角区和直边区沿周向分开压边，而对法兰圆角区则又采用径向分块的压边方法。研究结果表明，采用混合分块压边方法，在同样工艺条件和起皱幅值条件下，与普通压边方法相比，压边力可减小16%以上。选用08Al、镀锌板和H62等材料，实测得到了成形极限，与普通方法相比，采用混合分块压边方法的成形极限都有明显的提高。.开发了用于轴对称成形的径向分块压边和用于盒形件成形的混合分块压边拉深实验系统。对伺服驱动变压边力控制方法进行了研究，初步实现了以伺服电机驱动的压边力控制过程，为压边力控制提供了一种新的途径和方法。