拉深比对304不锈钢圆筒拉深件残余应力的影响

摘要

残余应力普遍存在于塑性成形的工件中，它随材料性质、工件的形状和尺寸、加工工艺参数的不同而有所不同。拉深件中的残余应力对其疲劳寿命、强度、尺寸和形状精度及稳定性都有很大的影响。因此，评估拉深件中的残余应力，调整残余应力的分布或者消除残余应力对工件的影响很有必要。
　　304不锈钢综合性能良好，冷加工性能优良，适合用于制造拉深成形产品。但是不锈钢拉深件的成形工艺过程受到拉深比、模具参数（凸模/凹模间隙、凸模底部圆角半径和凹模口部圆角半径）、压边力、摩擦等因素的影响。本文研究了不同拉深比对304不锈钢圆筒拉深件残余应力的影响。主要研究内容和得出的结论如下：
　　1）在304不锈钢板上沿轧制的0°、45°、90°三个方向取样，通过室温拉伸试验研究了304不锈钢板在不同拉伸速度下的塑性变形行为，结果表明：屈服强度随着变形速度的提高略微增大，但抗拉强度有所降低。拉伸速度对304不锈钢拉伸变形加工硬化的影响不明显；拉伸真实应力-应变曲线随取样方向不同没有明显差别，说明304不锈钢板的力学性能基本呈平面各向同性，其弹性模量为E=193MPa，屈服强度为σs=257GPa，泊松比为0.28，为制定圆筒件的拉深成形工艺和拉深成形模拟提供材料特性。
　　2）使用ABAQUS有限元分析软件对304不锈钢圆筒件的拉深成形进行数值模拟，得到拉深比分别为1.82、1.67、1.54和1.43圆筒件的残余应力分布情况。模拟结果表明：上述四种不同拉深比所得圆筒件筒壁外表面的最大残余应力分别为483.69MPa、386.61MPa、343.56MPa和312.60MPa，随拉深比的增大而增加。最大残余应力均出现在筒壁高度的中部，且在筒壁上的位置随拉深比的增大而增高。
　　3）设计并制造了圆筒件拉深模具，用拉深比分别为1.82、1.67、1.54和1.43圆形毛坯拉深获得4种不同的304不锈钢圆筒件。从圆筒件筒壁上用线切割方法截下环形试样，用纳米压痕法测出上述不同拉深比所得环形试样外表面（根据模拟估算的最大残余应力处）的残余应力分别为1588.46MPa、793.74MPa、745.30MPa、391.87MPa，也随拉深比的增大而增加，均比数值模拟得到的残余应力大。主要因为模拟时没有考虑304不锈钢拉深后的相变会使残余应力增大。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 拉深成形

1.3 影响圆筒件拉深过程的因素

1.4 圆筒件中的残余应力

1.5 有限元简介

1.6 本文研究主要内容及研究意义

第2章 304不锈钢力学性能实验

2.1 拉伸指标

2.2 拉伸试验

2.3 真应力-真应变曲线

2.4 实验结果与分析

2.5 本章小结

第3章 304不锈钢圆筒件拉深成形实验

3.1 引言

3.2 拉深实验方案与过程

3.3 本章小结

第4章 304不锈钢拉深成形过程的有限元分析

4.1 引言

4.2 ABAQUS有限元非线性求解方法

4.3 304不锈钢拉深成形的数值模拟

4.4 本章小结

第5章 圆筒件拉深成形后残余应力的测定

5.1 纳米压痕法测量和分析圆筒件中的残余应力

5.2 纳米压痕实验测量圆筒件的残余应力

5.3 实验与模拟Mises残余应力比较

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士学位期间已公开发表的论文)