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1、武汉科技大学本科毕业设计外文翻译本科毕业论文外文翻译外文译文题目（中文）：一种能反映深拉深过程中加载和卸载影响的摩擦型模学 院:机械自动化学院专 业:机械工程及自动化2011级5班学 号:201103130195学生姓名:潘海超指导教师:李贵日 期:二一五年三月23A friction model for loading and reloading effects in deep drawing processesD.K.Karupannasamy，J.Hol, M.B.de Rooij, T.Meingers, D.J.SchipperWear, 2014, 318(1-2):27-39一种
2、能反映深拉深过程中加载和卸载影响的摩擦型模D.K.Karupannasamy，J.Hol, M.B.de Rooij, T.Meingers, D.J.Schipper磨损杂志，2014年，318卷1-2期，页码：27-39摘要拉深是汽车车身部件金属板料成形使用最广泛的一种成形工艺。为了模拟拉深成形过程，有限元（FE）方法被用来预测成形性。有限元模拟的准确性取决于材料模型，数值模拟技术和接触算法。虽然，在成形过程中模具和板料的接触状态影响摩擦系数，但实际上摩擦系数通常被视为一个常数，在有限元模拟中一般都采用库仑摩擦系数。然而，基于局部接触条件和表面形貌的摩擦模型可以提高冲压成形预测的准确性。现
3、在，对于接触模型用于表征有限元模拟中的摩擦本质表现出越来越大的兴趣。在拉深过程中，滑动接触主要发生在模具和板料的压边区域之间。由于受模具几何形状的影响，板料在成形过程中的材料流动和弯曲效应使得材料受到压缩，导致压边区的接触力分别不均匀。板料的表面在滑动时进行反复的接触从而影响局部摩擦条件。本文的目的是基于混合模式的表面变形开发一种滑动摩擦模型。该摩擦模型考虑板料和模具的表面粗糙度，以及板料流过凹凸区域的硬化过程。此外，在正常载荷下，模具还会对板料产生厚向挤压。为了更加精确的描述载荷与摩擦之间的关系，本文采用一个椭圆抛物面的形状来描述凹凸的几何形状特。该模型已在旋转摩擦试验机上进行了多载荷条件的
4、实验，并对对数据进行了比较。关键词：摩擦模型，拉深过程，凹凸平坦化，犁，边界润滑1. 引言1.1 拉深过程中的接触条件拉深过程涉及到金属板材成形为所需形状的模具和冲头。当金属板材和模具之间的模具圆角区域受弯曲和拉伸力1的合力时（如图1所示）复杂的接触状况就会发生。当压边和模具圆角区域以及金属板材的表面在不同负荷下经历反复的接触时接触压力会不均匀。例如，当板材滑过模具圆角区（标记如13图1）时板材表面局部会被加载到很大的接触压力而其它部位是较低的接触压力。在微观尺度上，表面之间的接触是离散的。表面形貌是由微小的不规则形状组成，称为凹凸。正如Tabor2表明的那样微接触的连接形成由于施加的载荷影响
5、摩擦。连接理论得到了进一步的应用来开发解释表面接触变形过程的模型。Greenwood，Williamson3和pullen，Williamson4已使用统计方法来解释表面的变形过程。金属塑性加工过程中表面变形是复杂的，接触模型已经发展到由Wilson，Sheu5和Sutcliffe 6在平面应力和应变的条件下利用楔状的凹凸解释体积变形的过程。各种实验技术也已发展到通过模拟拉深过程发生的条件来测量摩擦系数。实验的选择取决于变形过程怎样控制。以一个简单的拉深过程（例如拉深试验或U形条拉拔试验）作为测试方法，冲头力可以被测量来量化表面粗糙度和润滑的影响。 一个杯形件拉深过程有限元模拟的接触压力图1.
6、拉深成形过程接触条件的有限元模拟然而对于表面变形的个别因素像正常加载，拉伸和反复接触的影响则不能量化。带钢拉伸试验已被ter Haar 7用来测量表面变形（由于正常的加载和预拉伸）和滑动速度对拉深过程的影响并且构建了Stribeck曲线。摩擦几乎不受体积成形过程影响。roizard等人8也用带钢拉伸试验测量金属板料成形的摩擦来研究重复接触和温度的影响。他们发现，在反复接触的条件下摩擦系数因材料粘合剂转的移而增加。埃蒙斯9只在正常载荷条件下用旋转摩擦试验机研究了表面粗糙度，润滑和各种组合材料的影响。乔纳森等人10用拉伸弯曲试验使用不同材质的表面通过复制模具半径的变形区来测量摩擦。维柯兰德等人11
7、也采用弯拉试验验证了在正常载荷和体积变形以及润滑影响的条件下对于不同的表面材质和各种滑动速度的板材的一个摩擦模型。现今有各种各样的接触模型与已发展的实验被进行来解释拉深过程中的摩擦磨损行为。模型和实验之间的相关性仍然缺乏对个别影响因素的考虑。本文着重于提高与正常加载和重加载表面相关的已被发展的摩擦模型的预测能力。由于表面粗糙度和弯曲力的分别变化，体积变形复杂性增加了带钢拉伸试验以及拉伸弯曲试验的摩擦测量的困难性。用接触模型来预测摩擦系数在12-21中被描述，此部分讨论了在正常负载和体积变形的凹凸平坦化，耕犁，第三体效应，边界润滑和混合润滑条件的影响。但是板材表面的变形被认为是刚塑性的。目前的工
8、作重点是改善用于加载和重加载条件下的混合变形模式的接触模式。1.2.接触模型模具和板材表面名义上是平的。当两个名义上的平表面接触时，接触仅发生在一定的点，如图2所示。因此，通常实际接触面积比名义接触面积较小。接触表面因粗糙度水平的不同而不同。模具表面通常比板材表面光滑。在接触模型中，可以假定在工件（板材）光滑粗糙尺度12是光滑的。平滑的模具将使工件表面粗糙度降低。当遇到加载/卸载表面时凹凸表面将经历变形的混合模式。Jamari和Schipper22的弹塑性接触模型用来解释重新加载接触条件下工件的凹凸变形。在一个较小的范围内（即，模具表面粗糙度水平），模具凹凸缩进到扁平的工件。在滑动过程中，收缩
9、的模具凹凸在工件上产生耕犁。在弹塑性接触条件下梅森等人23提出了一种模具压痕模型来计算磨损过程。摩擦系数的计算是基于由Karupannasamy等人13提出的模具凹凸的耕犁模型。图2.拉深成形过程中模具和板材金属表面之间发生的接触1.3.凹凸表征表面是用一个像素高度的矩阵表示的。随着接触载荷的增加，表面分离减少。对于一个已知的表面分离，接触斑位于高度矩阵。接触斑通过连接像素的方法鉴别。在接触斑确定之后，其以椭圆抛物面为特征，使用由德罗阿等人24给出的接触斑的体积和面积。这提供了一个更好的关于凹凸的描述相对于圆锥形或球形根据14,23,24。该接触斑基底面积是使用半长和半短的椭圆来描述的，a和b
10、相对椭圆滑动方向的方向如图2所示。椭圆抛物面体在长轴和短轴的方向用RX和RY表示。2.单粗糙峰变形模型一种凹凸的接触随着载荷的增加经历三种不同模式的变形，即弹性，弹塑性和塑性变形。当载荷增加到临界载荷超出弹性范围时，可塑性就会发生。可塑性发生在表面之下。然而卸载后凹凸一部分变形区域仍保持弹性，而其余部分的变形得到了恢复。由于塑性变形导致了凹凸的几何形状的变化。因此刚性平面的半球状的凹凸变形的有限元模拟模型由Shankar和Mayuram 25提出。最初，塑性变形区开始于凹凸中心下方一个小的包含区域。由于压力是有限的在凹凸的顶端是静水压力状态的条件。塑性变形区的四周是静压核心和弹性变形区域正如约
11、翰逊26所提出那样。随着负荷进一步增加，静压核心与弹性区域之间的塑性区会有所变化。当达到一个全塑性变形阶段，静压核心和弹性区被塑性区包围。大量的努力已经投放到单粗糙峰27-29混合变形模式接触模型的研究中。2.1. 凹凸的加载椭圆抛物面的凹凸负荷模型是在本节根据30介绍的。2.1.2.弹性接触从Hertz弹性理论，弹性接触面积和负载是就其凹凸的干涉及其几何形状来表示的。弹性接触面积，椭圆抛物面的弹性接触面积Ae给出为： （1）平均有效半径R的粗糙被给出为： （2）对于弹性接触的情况下，无量纲参数分别为30: (3) (4) (5)椭圆积分E（m)和K（m）近似为: （6) (7)其中: (8)
12、 (9)凹凸曲率比被定义为： (10)在弹性条件下椭圆抛物面的凹凸接触负荷被定义为： (11)对于给定的几何形状和材料性质出现塑性时主要的干涉的计算用赫兹接触理论。平均接触压力给出为： (12)根据Tabor2当平均赫兹接触压力超过接触压力因素时全塑性变形发生。接触压力的因素是与材料的硬度和硬度系数有关的： (13)与冯米塞斯材料的泊松比有关的硬度系数从剪切应变能准则根据31给出了相关计算公式： (14)可塑性的临界干涉从(12）-（14）的公式中给出： (15)2.1.2.完全塑性接触在完全塑性区，由凹凸表面造成的接触压力等于材料的硬度。正如Abbott和Firestone32所描述那样对于
13、塑性变形粗糙峰接触载荷和面积是通过简单的截断的粗糙的几何形状获得的。在全塑性条件下的椭圆抛物面粗糙峰接触面积为： （16）在接触条件下塑性载荷被给出为: （17）对于干涉用一个确切的描述来实现完全塑性变形是人们所不知道的，他是通过采用约翰对于全塑性变形的标准来估计的。根据约翰逊26，在接触载荷等于400倍的第一塑性屈服负荷时全塑性变形发生。首先通过再一次假设平均接触压力等于该材料的硬度来计算屈服载荷： （18）在求解方程（18）之后，对于全塑性变形的过渡干涉给出为： （19）参数CA为第一塑性屈服接触面积的临界接触面积比。对于钢，CA = 160由Jackson 和Green33给出。对于球形钢接触（= 1），过渡可以进一步简化为： （20）2.1.3. 弹塑性接触Zhao等人29通过提供弹性和塑性接触区之间的平滑过渡给出了一种弹塑性接触模型（ZMC-模型）。在
