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38620字硕士毕业论文汽车覆盖件冲压成形技术的数据模拟与校正

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:38620字
论点:成形,板料,冲压
论文概述:

车身覆盖件是汽车的主要部件,因此,覆盖件及其模具的设计与生产成为汽车生产及更新换代的重中之重。由于汽车覆盖件本身形状就非常复杂,且表面质量要求很高,从而导致其生产研发周期

论文正文:

第一章导言

1.1[研究项目的目的和意义汽车制造业是我国国民经济的主要支柱产业之一。因此,汽车工业的发展水平也是评价一个国家工业水平的重要指标之一。汽车主要由三部分组成,即:发动机、底盘和车身。汽车覆盖层(简称覆盖层)是指构成汽车车身或驾驶室,覆盖发动机和底盘异形体表面和内部的汽车部件。汽车覆盖件不仅是一个外部装饰部件,也是一个封闭的薄壳形受力部件。汽车面板是汽车产品最重要的部件之一。它们包括车身和底盘所有厚度t≤3毫米的金属板冲压零件。就制造成本而言,汽车覆盖面占汽车制造总成本的70%以上。世界上许多著名的汽车制造商都非常重视车身的设计和制造,因为它在一定程度上反映了汽车模型的发展水平。从汽车模型的最初设计和调试到后来的生产和制造,模具的设计和制造占据了大部分时间,约占整个周期的三分之二。然而,车身生产中非常重要的工艺设备是面板模具。因此,覆盖件模具的设计和制造在整个汽车开发周期中也起着至关重要的作用。因此,如何提高覆盖件模具的设计和制造能力已经成为我国汽车工业急需解决的重要问题之一。自20世纪70年代以来,尽管中国汽车工业取得了很大进步,但总体而言,其发展能力仍然缺乏独立性和完整性。它主要从国外进口,然后经过改进。与外国的差距仍然很大。汽车工业作为我国的支柱产业之一,为了尽早形成独立的研究和设计能力,必须尽快提高面板及其模具的设计和制造能力。
与普通冲压件相比,汽车覆盖件非常不同,主要包括以下几个方面:尺寸非常大,曲面相当多,材料薄,结构和形状异常复杂,精度要求相当高等。此外,汽车车身覆盖件在承受一定载荷的同时,还要求表面美观大方,焊接准确,整体设计准确。因此,其模具制造技术不仅难度大、成本高,而且开发周期和质量也难以控制。在实际生产中,车身板件不被视为一般冲压零件,而是被分为特殊类别进行研究和分析。盖子的这些特性也决定了它的特殊要求。汽车覆盖件冲压过程是一个非常复杂的过程,涉及到大变形和大挠度塑性变形。在不同的塑性成形过程中,板料的应力和应变状态也不同,不同的应力和应变状态产生不同的塑性流动,同时会导致起皱、开裂和回弹等成形缺陷。此外,板料冲压过程是一个复杂的动态力学分析问题。因此,在实际的金属板冲压过程中,通常很难仅根据经验对金属板冲压成形性做出合理的预测,这进一步增加了盖及其模具的设计、制造和调试的难度和成本。即使在这个过程中有错误的判断,模具也可能报废。为了准确掌握板料冲压成形性能,有必要对实际冲压成形过程有非常充分的了解,并利用先进的计算机辅助工程(CAE)分析技术对特定冲压件的冲压成形过程进行数值模拟,以便尽早发现问题,改进模具设计,从而大大缩短模具调试周期,降低模具制造成本。因此,板料冲压CAE分析技术是近几十年来板料成形领域的研究热点。自从中国加入世界贸易组织以来,汽车工业面临着巨大的机遇和挑战。为了提高中国企业汽车产品的自主开发和制造能力,保护民族产业,提高汽车产品质量,降低产品成本,提高国际竞争力,汽车覆盖件冲压数值模拟研究具有重要的学术价值和经济意义。本课题在对板料冲压有限元理论进行讨论和研究的基础上,以有限元仿真软件Dynaform为工具,首先对简单的板料冲压零件&盒形零件进行仿真研究,然后进一步仿真分析某款汽车覆盖件行李箱盖外板的成形过程,探讨板料冲压仿真的一般思路和规律,特别是覆盖件的成形过程仿真分析。因此,设计师,尤其是经验不足的设计师,也可以很好地完成面板及其模具的设计和优化,提高一次性模具测试的成功率,缩短面板的设计和制造周期。这也是本课题的意义和目的。

1.2车身覆盖件冲压数值模拟技术的研究现状与发展

1.2.1车身覆盖件冲压成形数值模拟技术的发展
20世纪60年代,出现的第一种方法是“有限差分法”,该方法仅限于解决轴对称问题,如空球面胀形。复杂的边界条件难以处理,因此没有得到广泛的应用和推广。20世纪70年代,有限元方法的应用在板料成形模拟技术上取得了突破。刚塑性理论和弹塑性理论相继出现,并利用这些理论进行成形模拟。细胞类型主要是膜细胞和固体细胞。这些研究极大地促进了板料成形理论的发展,但在实际生产中的应用还不成熟。事实上,在相当长的一段时间内,板料成形有限元模拟技术的研究大多停留在实验和试验阶段。对于冲压工艺设计人员来说,由于冲压成形理论研究的局限性,板料成形的早期模拟效率低,模拟结果不可靠。因此,这项技术尚未得到广泛应用。20世纪80年代,动态显式有限元法在板料成形模拟技术中的应用,使该技术得到了真正的发展,并逐步投入实际应用。同时,基于静态隐式增量法的板料成形仿真技术也得到了进一步发展。到1989年,动态显式有限元法因其处理动态接触摩擦、大变形、大平移、大旋转等问题的能力强而被广泛应用于板料成形仿真领域。经过20多年的发展,板料成形模拟技术已经从实验室转移到了设计室。

第二章板料冲压有限元基本理论

车身覆盖件的
冲压工艺是一个非常复杂的弹塑性大变形力学过程,包括几何非线性、材料非线性和边界条件非线性。因此,有必要同时分析几何非线性、材料非线性和接触非线性,建立描述应力应变的材料本构方程。因此,应正确模拟和分析各种边界条件下的板料成形过程,合理有效地修正和调整几何参数和工艺参数,最终获得合理的计算结果。汽车覆盖件虽然是一个非线性大位移、大转动、大应变的复杂应变过程。然而,成形过程仍然遵循金属塑性变形规律。本章对反映金属塑性变形的一些基本有限元理论进行了简要的分析和讨论。

2.1钣金成形性能
有许多钣金成形方法。为了分析板料对各种成形方法的适应性,引入了板料成形性能的概念。金属板冲压成形性可以简单地定义为金属板通过塑性变形改变其形状的能力。虽然自动化技术已经应用于各种钣金零件、模具和模具零件的制造,但是这些技术的应用主要取决于人类的经验和判断。其原因是有许多与金属板加工相关的可变因素,这些因素的相互作用极其复杂。所有这些因素都是相互依赖的,决定了不同等级零件加工的成败。因此,金属板加工的可成形性将不取决于单一参数,而是取决于所有因素的组合。金属板料成形性能是一个复杂的特性,因为它与非常复杂的成形环境有关。一般来说,金属板的成形性能取决于压力、张力、拉伸速率和温度等因素,这些因素等于金属的抗伸长和抗断裂能力。金属材料第二颗粒的尺寸、形状和分布也对其性能有很大影响。金属板成形过程不是稳定的,而是一个渐进的变化过程。压力和张力的分布取决于许多重要的工艺参数,这些参数可以提高金属材料断裂前的塑性变形程度。

第3章基于动态的箱体零件图……26-36
3.1板料成形过程动态成形软件几何模型的建立.........26-27
3.2.........27-28
3.3影响箱体零件成形工艺的主要参数.........28-34 [/BR/] 3.3.1冲裁力.........30-31 [/BR/] 3.3.2摩擦系数.........31-32
3.3.3模具间隙.........32
3.3.4芯片圆角半径.........32-33
3.3.5拉延筋.........33-34
3.4概述.........34-36
第四章基于Dynaform的行李箱盖外板.........36-48
4.1面板冲压模拟系统.........36
4.2计算机辅助设计模型生成.........36-38
4.3有限元模型的建立.........38-43
4.4影响成形过程的参数的确定.........43-45 [/BR/] 4.4.1材料型号的选择.........43[/溴/] 4.4.2芯片间隙.........43-44 [/BR/] 4.4.3冲压工艺参数的处理.........44-45[/溴/] 4.5后处理.........45-46 [/BR/] 4.6本章概述.........46-48
第五章行李箱盖外板绘制工艺参数的优化.........48-60[/溴/] 5.1正交试验简介.........48[/比尔/] 5.2信噪比.........48-49[/溴/] 5.3正交试验因素和水平的确定.........49-50
5.4正交试验结果分析.........基于多目标函数y的50-55
5.5绘图工艺方案.........55-57
5.6验证示例.........57-58
5.7本章摘要.........58-60

结论

改革开放以来,中国汽车工业取得了很大进步,但尚未形成独立完整的自主发展能力,与国外仍有很大差距。现在汽车工业已经成为我国的支柱产业之一。尽快形成我国汽车工业的自主发展能力也是我们面临的一个重要问题。车身板件是汽车的主要部件,因此,板件及其模具的设计和生产已成为汽车生产和更新的重中之重。由于汽车覆盖件形状复杂,表面质量要求高,生产研究周期非常长,成本也非常高。随着有限元技术和计算机技术的发展,这一问题逐渐得到解决,尤其是各种CAE软件已经成功应用于实际生产,大大缩短了产品开发周期,保证了产品质量。本文利用有限元仿真软件Dynaform对箱型零件和行李箱外板进行了仿真,得到了以下结果:
(1)通过对箱型零件的仿真,研究了压边力、圆角半径、摩擦系数和拉延筋高度对成形结果的影响。结果表明,最大减薄率与压边力、摩擦系数、模具间隙和拉延筋高度呈正相关,与圆角半径呈负相关。本文箱形零件圆角半径为7毫米,压边力不大于40KN,摩擦系数为0.1-0.15,模具间隙为0.12毫米-0.15毫米,拉延筋高度为2-3毫米。
(2)在UG中建立行李箱盖外板的三维模型,并对其进行必要的工艺补充,形成拉延件。最后,将绘图部分转换成一种格式,然后导入到仿真软件Dynaform中。最后,经过单元离散化等处理,建立有限元仿真模型。
(3)在上述建模的基础上,利用正交试验优化组合了压边力、摩擦系数、凸凹模间隙和拉延筋高度四个参数。各因素的影响程度依次为:压边力>摩擦系数>拉延筋高度>模具间隙。优化参数组合为:压边力FBHF=300KN,摩擦系数FC=0.1,拉延筋高度H=6mm,模具间隙mg = 1.1 mm。通过对优化工艺方案的分析,提出了多目标分析函数y,并对工艺进行了进一步优化。最终优化组合如下:压边力FBHF=400KN,摩擦系数FC=0.125,拉延筋高度H=7mm,模具间隙mg = 1.1 mm。最后,与实际冲压件进行对比分析,证明模拟与实际冲压吻合程度较高。

参考
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