一种金属板材的冲压成形性能预测方法与流程

本申请涉及车辆板材冲压成形测量
技术领域：
，尤其涉及一种金属板材的冲压成形性能预测方法。
背景技术：
：随着汽车领域竞争激烈的加剧，新车型的设计开发日新月异，对应的汽车金属板材零件的形状也日趋复杂、汽车金属板材零件的成形精度标准不断增加，但是，形状日趋复杂的汽车金属板材零件在实际冲压生产过程中会存在较大的开裂问题。因此需要借助仿真技术预测汽车金属板材零件的冲压成形性能。汽车金属板材零件在冲压成形中受到材料的多种性能参数的影响，例如：各向异性、应力应变关系、弹性模量随应变的变化等；借助基于多种性能参数的仿真技术预测汽车金属板材零件的冲压成形性能可以降低开发成本，提高生产效率，提高生产稳定性。但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现借助仿真技术预测汽车板材零件的冲压成形性能存在“如果仿真模型准确度不够，将影响冲压成形性能的预测效果，进而导致冲压成形性能的预测准确性不能得到保证”的问题。申请内容本申请实施例通过提供一种金属板材的冲压成形性能预测方法，用以实现金属板材零件的冲压成形性能的准确预测。为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种金属板材的冲压成形性能预测方法，所述方法包括：制备金属板材的轴向拉伸样件；测量所述轴向拉伸样件的材料性能获得金属板材的材料参数和仿真参数；根据所述材料参数和所述仿真参数构建成形极限仿真模型；根据所述成形极限仿真模型对所述金属板材进行仿真获得成形极限仿真值；获得金属板材的成形极限测量值；根据所述成形极限仿真值和所述成形极限测量值两者之间的真实误差值修正所述成形极限仿真模型，直至所述真实误差值小于等于预设误差阈值，并获得成形极限仿真标准模型。如上所述的金属板材的冲压成形性能预测方法，其中，优选的，所述制备金属板材的轴向拉伸样件，具体包括：制备0°，45°和90°三个方向轧制的拉伸样件。如上所述的金属板材的冲压成形性能预测方法，其中，优选的，所述仿真参数包括：反应金属板材的弹性模量与金属板材的真应变关系的第一关系函数、反应金属板材的真应力与金属板材的真应变关系的第二关系函数。如上所述的金属板材的冲压成形性能预测方法，其中，优选的，所述获得反应弹性模量与真应变关系的第一关系函数，具体包括：对所述轴向拉伸样件进行多向应变拉伸-卸载实验，获得反应真应变与真应力关系的第一曲线；根据所述第一曲线确定金属板材在不同第一真应变下分别具有的第一弹性模量值；根据不同所述第一真应变及各所述第一真应变对应的所述第一弹性模量值获得所述第一关系函数。如上所述的金属板材的冲压成形性能预测方法，其中，优选的，所述根据所述第一曲线获得金属板材在不同真应变下分别具有的弹性模量值，具体包括：确定所述第一曲线上对应各不同第一真应变的第一弹性变形段；确定各所述第一弹性变形段的斜率为各不同第一真应变对应的第一弹性模量值。如上所述的金属板材的冲压成形性能预测方法，其中，优选的，所述根据不同所述第一真应变及各所述第一真应变对应的所述第一弹性模量值获得所述第一关系函数，具体包括：对各所述第一真应变及各所述第一真应变对应的各所述第一弹性模量值进行衰减指数函数拟合。如上所述的金属板材的冲压成形性能预测方法，其中，优选的，所述获得反应真应力与真应变关系的第二关系函数，具体包括：对所述轴向拉伸样件进行单向应变拉伸-卸载实验，获得反应真应变与真应力关系的第二曲线；确定所述第二曲线上的符合胡可定律的第二弹性变形段；根据所述第二弹性变形段确定所述第二关系函数。如上所述的金属板材的冲压成形性能预测方法，其中，优选的，所述根据所述第二弹性变形段确定所述第二关系函数，具体包括：根据所述第二弹性变形段确定在单向应变拉伸时施加在金属板材的各第二真应力和与各所述第二真应力对应的第二真应变；将各所述第二真应力及各所述第二真应变进行直线函数拟合得到所述第二关系函数。如上所述的金属板材的冲压成形性能预测方法，其中，优选的，所述材料参数包括：金属板材摩擦系数。如上所述的金属板材的冲压成形性能预测方法，其中，优选的，所述测量所述轴向拉伸样件的材料性能获得金属板材摩擦系数，具体包括：采用摩擦试验机进行金属板材的金属板材摩擦系数测试。如上所述的金属板材的冲压成形性能预测方法，其中，优选的，所述直至所述真是误差值小于等于预设误差阈值之后，还包括：根据所述成形极限仿真标准模型进行待冲压件的冲压仿真，并输出冲压成形性预测结果。本申请实施例通过根据材料参数和仿真参数构建成形极限仿真模型，根据所述成形极限仿真模型进行仿真获得成形极限仿真值，然后根据所述成形极限仿真值和所述成形极限测量值两者之间的真实误差值修正所述成形极限仿真模型，直至所述真实误差值小于等于预设误差阈值，并获得成形极限仿真标准模型，有效的保证了最终获得成形极限仿真标准模型的准确度，进而可以实现金属板材的冲压成形性能的准确预测。上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。附图说明图1为本发明实施例提供的金属板材的冲压成形性能预测方法流程示意图；图2为本发明实施例中高强钢590dp多次加载-卸载的应力-应变曲线；图3为本发明实施例中高强钢590dp多次加载下弹性模量变化的拟合曲线；图4为高强钢dp590多应变拉伸应力应变曲线；图5为高强钢dp590单向拉伸的应力应变关系曲线；图6为高强钢dp590材料的flc成形测试结果。具体实施方式本申请实施例提供了，用以解决现有技术中如果仿真模型准确度不够，将影响冲压成形性能的预测效果，冲压成形性能的预测准确性不能够得到保证的技术问题。为了解决上述技术问题，本申请提供的技术方案总体思路如下：通过根据材料参数和仿真参数构建成形极限仿真模型，根据所述成形极限仿真模型进行仿真获得成形极限仿真值，然后根据所述成形极限仿真值和所述成形极限测量值两者之间的真实误差值修正所述成形极限仿真模型，直至所述真实误差值小于等于预设误差阈值，并获得成形极限仿真标准模型，有效的保证了最终获得成形极限仿真标准模型的准确度，进而可以实现金属板材的冲压成形性能的准确预测。下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。实施例一图1为本发明实施例中的一种金属板材的冲压成形性能预测方法流程示意图，如图1所示，所述方法包括：步骤110：制备金属板材的轴向拉伸样件；进一步的，根据国家标准gb/t228.1-2010进行狗骨头拉伸样件的加工，取三个轧制方向，分别为0°，45°和90°。步骤120：测量所述轴向拉伸样件的材料性能获得金属板材的材料参数和仿真参数；具体而言，所述仿真参数包括：反应金属板材的弹性模量与金属板材的真应变关系的第一关系函数、反应金属板材的真应力与金属板材的真应变关系的第二关系函数；所述材料参数包括：金属板材摩擦系数。由于步骤110中针对狗骨头样件从0°，45°和90°轧制，所以在进行轴向拉伸样件的材料性能测试时，也要三个轧制方向分别进行，获得对应每一轧制方向的材料参数和仿真参数。即需要获得反应金属板材的弹性模量与金属板材的真应变关系的0°轧制方向、45°轧制方向的、90°轧制方向的的第一关系函数、反应金属板材的真应力与金属板材的真应变关系的0°轧制方向的、45°轧制方向的、90°轧制方向的第二关系函数；金属板材0°轧制方向的、45°轧制方向的、90°轧制方向的摩擦系数。(1)具体的，要通过三个轧制方向的多应变拉伸卸载试验及数据拟合获得0°轧制方向、45°轧制方向的、90°轧制方向的的第一关系函数。由于0°轧制方向、45°轧制方向的、90°轧制方向的的第一关系函数的获得方法相似，下面仅对其原理做详细说明，具体如下：在0°轧制方向对狗骨头拉伸样件在拉伸试验机上进行“多应变拉伸-卸载试验”，真应变间隔为0.02，直到真应变为0.08。然后将获得的“力-位移”值转换为“真应力-真应变”。以高强钢dp590(0°轧制方向)为例进行形象说明。图2为高强钢dp590的多应变拉伸应力应变曲线(沿轧制方向)。图2为高强钢590dp多次加载-卸载的应力-应变曲线，代表对0°轧制方向的高强钢dp5905次施加真应变，每次施加真应变之后，高强钢dp590先发生弹性形变，真应力与真应变之间的关系先符合胡克定律呈线性变化，直至形变不可恢复，真应力与真应变之间的关系呈现曲线关系。针对图2所示5次加载真应变(5次的真应变分别为0、0.02、0.04、0.06和0.08)时反映高强钢dp590弹性变形的呈直线的数据段的斜率进行测量，呈直线的数据段的斜率代表每次加载高强钢dp590这一金属板材的弹性模量，进而得到5个弹性模量值及与各个弹性模量值对应的真应变。如下表1所示：表1分别5次加载的真应变及弹性模量值序号真应变弹性模量值e10204.97120.01745165.82530.03421167.40140.05066163.9450.06694164.896将5组值绘制在一个图标表内，得到5个散点。此后采用e＝e0-(e0-esat)[1-exp(-ξε)]拟合公式；(其中e0为材料初始的弹性模量，为实验测量值；esat为弹性模量饱和值，通过公式拟合获得；ξ为材料常数，为公式拟合获得；ε为应变值，对多次加载过程中弹性模量的变化规律进行拟合，得到拟合曲线，从而可以得出esat值。通过数学工具软件可以对“弹性模量-真应变”的关系进行拟合，获得拟合公式。图3为对5个三点至进行拟合得到的结果。下面为数学工具的拟合结果的具体数值：b＝251.6(-377.1,880.3)goodnessoffit:sse:6.365r-square:0.9949adjustedr-square:0.9932rmse:1.457最后，将拟合值与实验测量值进行对比，来验证拟合公式的有效性。如表2所示的为公式的参数具体数值，以及拟合相关度，说明拟合度很好。表2拟合值的相关度牌号e0esatξ相关度dp590204.971165.4251.60.9937以上的例子是以dp590的轧制方向的多应变拉伸卸载为例，以此可以获得其它两个方向的材料的应变与弹性模量关系，以及对应的拟合公式。从而获得三个方向的应变与弹性模量的拟合公式：e10＝e0-(e0-esat)[1-exp(-ξε)](沿轧制方向)(2)e11＝e0-(e0-esat)[1-exp(-ξε)](与轧制方向呈45度)(3)e01＝e0-(e0-esat)[1-exp(-ξε)](与轧制方向呈90度)(4)(2)要通过三个轧制方向的单向拉伸试验及数据拟合获得0°轧制方向、45°轧制方向的、90°轧制方向的的第二关系函数。由于0°轧制方向、45°轧制方向的、90°轧制方向的的第二关系函数的获得方法相似，下面仅对其原理做详细说明，具体如下：进行三个轧制方向的单向拉伸试验，从而获得三个方向的应力-应变关系，通过力学公式σ＝a+kεb进行拟合。同样的方法获得三个方向的单向拉伸力学性能拟合公式。高强钢dp590多应变拉伸应力应变曲线和单向拉伸应力应变曲线比较见图4和图5；图4为高强钢dp590多应变拉伸应力应变曲线，图5为高强钢dp590单向拉伸的应力应变关系曲线。三个方向(轧制方向，与轧制方向呈45度方向，垂直轧制方向)的拟合公式分别为：σ0＝a+kεb(5)σ45＝a+kεb(6)σ90＝a+kεb(7)(3)要通过三个轧制方向获得金属板材的摩擦系数，及需要首先分别获得金属板材0°轧制方向的、45°轧制方向的、90°轧制方向的摩擦系数。具体操作时，根据金属板材(例如汽车板)冲压时使用的润滑油和涂油状态(如轻涂油，中涂油和重涂油)，用摩擦试验机进行摩擦系数的测试。分别进行三个轧制方向的摩擦系数测量，然后取平均值，获得材料的摩擦系数值。因为轧制方向的不同，三个轧制方向的晶粒取向会不同，在拉伸变形时，材料在三个方向的性能和微观组织不同导致变形过程中的表面状态会有一定的差异。所以摩擦系数会有所不同。因此有必要做三个轧制方向的摩擦试验，然后取平均值。其中，为平均摩擦系数，也用于仿真模型中；μ0为轧制方向的摩擦系数；μ45为与轧制方向成45度时的摩擦系数；μ90为轧制方向90度时的摩擦系数。步骤130：根据所述材料参数和所述仿真参数构建成形极限仿真模型；步骤140：根据所述成形极限仿真模型对所述金属板材进行仿真获得成形极限仿真值；将以上获得应变—弹性模量关系(即第一关系函数)、应力-应变关系(即第二关系)通过仿真软件的用户子程序(如abaqus的vumat)进行二次开发，开发入仿真软件中。同时仿真中的摩擦系数使用测量的摩擦系数平均值。用三维成形cad软件和仿真软件构建flc测试胀形flc测试对应的仿真模型，并对金属板材(即)进行flc成形仿真分析。步骤150：获得金属板材的成形极限测量值；即，对获得的狗骨头轴向拉伸样件进行成形极限测试实验进而获得金属板材的成形极限测量值。具体的，针对高强钢dp590使用的设备为常用的成形极限胀形试验机进行实验测试，测试结果如图6所示。步骤160：根据所述成形极限仿真值和所述成形极限测量值两者之间的真实误差值修正所述成形极限仿真模型，直至所述真实误差值小于等于预设误差阈值，并获得成形极限仿真标准模型。具体的，将仿真预测结果(即成形极限仿真值)与试验值进(成形极限测量值)行比对，如果超过预设误差阈值，修改仿真模型参数调整如网格类型，网格数量和材料模型中的相关参数等，重新仿真。此处设定的误差阈值为5％。通过修改二次开发的材料模型参数，仿真模型中相关参数如网格类型数量等，不断缩小仿真预测值与试验值的差距，直到误差小于误差阈值(5％)。说明该材料模型和仿真模型的预测精度较高，获得的模型为成形极限仿真标准模型，从而成形极限仿真标准模型可以用来进行实际零件的冲压成形性预测。进一步的，所述直至所述真是误差值小于等于预设误差阈值之后，还包括：根据所述成形极限仿真标准模型进行待冲压件的冲压仿真，并输出冲压成形性预测结果。具体而言，利用成形极限仿真标准模型对应的参数进行实际汽车钣金件的冲压仿真，并输出冲压成形性预测结果。由于借助成形极限仿真标准模型进行冲压仿真，仿真结果准确的反映了实际汽车钣金件的冲压成形性，可以为实际汽车钣金件的冲压成形操作提供参考，进而达到降低开发成本，提高生产效率，提高生产稳定性的效果。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页12