摘要
新时代背景下，国家的战略发展规划对制造业的智能化水平、节能减排目标都提出了新的要求，板材拉深成形工艺遇到了新的挑战和发展机遇，需要在满足“成形成性”的基础上探索工艺优化方案。摩擦是影响板材拉深成形工艺成形性能和成形质量的关键因素，在成形过程中合理地利用有益摩擦、抑制有害摩擦，将对工艺的成败和效果起到至关重要的作用。板料与模具之间的微观接触状态和动态摩擦条件，是成形过程进行工艺润滑的决定性因素，若能建立起微观接触摩擦与宏观工艺参数的联系，将有助于对板材拉深成形中摩擦与润滑机理的全面认识，也能为探索符合国家战略需求的板材成形新工艺提供理论借鉴与参考。 本文围绕圆筒件拉深成形工艺中的摩擦与润滑问题，重点开展了以下工作： (1)研究了摩擦对圆筒件拉深成形过程中的成形力的影响。建立了圆筒件拉深工艺的近似解析模型，利用能量法基本公式推导了拉深成形力的解析表达式；通过对拉深成形力中构成元素的定量分析，研究了如何控制不同接触区域的摩擦力才能更有效地降低拉深成形力以及提高板材的成形性能。 (2)研究了圆筒件拉深成形过程中的微观接触和摩擦机理。分析了在不同载荷、应变、材料和表面形貌等参数条件下，板材与模具的微观接触问题和摩擦产生机理；并结合工程实践中的典型润滑工艺，分析了各种润滑状态的形成原理。 (3)研究了拉深成形振动减摩机理，提出了液压脉动润滑新工艺。设计了摩擦实验，分析了高、低频振动对圆筒件拉深成形中摩擦系数的影响；推导了振动参数与摩擦系数下降比例之间的量化关系及振动减摩的一般性规律；基于振动减摩机理，提出了液压脉动润滑新工艺，详细阐述了工艺原理。 (4)研发了基于接触和润滑状态的动态摩擦系数有限元模型。利用ABAQUS用户子程序模块，将微观接触与摩擦、混合润滑、液压脉动润滑等理论模型，通过编写FORTRAN程序，引入到有限元数值模拟中；使用所开发的程序模块，对圆筒件拉深成形进行了模拟仿真，实现了动态摩擦系数、润滑流体膜平均厚度、实际接触面积比例等变量的可视化。 (5)开展了圆筒件液压脉动润滑拉深成形工艺实验。基于数值模拟结果，设计了拉深成形模具、润滑油源及其液压控制系统等装置。分别选取了BUSD、DC04和SS304等3种材质的板材，对不同规格的坯料、在不同的工艺参数和润滑条件下，开展了一系列圆筒件拉深成形实验，对实验数据、理论模型的计算数据、数值模拟结果数据进行了对比验证。结果表明，液压脉动润滑工艺有效地抑制了摩擦阻力，提升了板料的拉深成形极限，提高了成形工件的壁厚均匀性和表面质量；另外，通过数据的对比验证，证明了理论模型和数值模拟方法的科学性与准确性。
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