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车身覆盖件成形数值模拟及工艺参数优化

作　者: 杨小玲
导　师: 周天瑞
学　校: 南昌大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 汽车覆盖件 DYNAFORM 响应面法优化回弹
分类号: TG386
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

汽车覆盖件的冲压成形过程是一个极其复杂的弹塑性变形过程,影响其成形质量的因素有许多,成形过程中常出现如起皱、破裂、回弹等成形缺陷,目前研究主要是关于成形缺陷的消除或控制。传统的常采用反复的试模修模来改善,这种方法不仅费时费力,有时甚至会造成模具的报废。目前随着数值模拟技术的的广泛应用,大大缩短了开发生产周期,减少成本,提高了生产效率,CAE技术已经成为模具设计和产品的质量控制校验的重要组成部分；本研究具有重要的理论意义和应用价值。本文采用数值模拟软件DYNAFORM对某轻型客车的左后侧车门外板的冲压成形过程进行数值模拟,进行了模面设计,坯料设计以及拉延筋的布置设计,建立起了拉延的有限元模型,对其起皱、破裂和回弹成形缺陷进行了研究和改善。基于正交实验设计和响应面法,建立起了以五段拉延筋阻力系数值,摩擦系数,压边力的七个设计变量与变形均匀程度,最小厚度,最大厚度之间的响应面模型,分析其各因素对目标函数的影响。以最小变形均匀程度为优化目标函数,以最小厚度,最大厚度为约束目标的优化模型,通过遗传算法进行全局寻优,得到了近似最优的工艺参数组合,获得了良好的拉延成形质量。根据优化后的参数,进行切边冲孔工序及其回弹进行了数值模拟。依据其回弹量提出了回弹的控制措施,使其回弹量满足要求。最后进行了实验论证,将数值模拟的结果与实际的冲压结果相比较,说明了数值模拟结果的可靠性,在实际生产中具有指导作用；并可缩减研发周期,降低生产成本,为提高企业的市场竞争能力发挥作用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第1章绪论  10-16
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外板料冲压数值模拟技术研究现状  11-13
    1.2.1 国外板料冲压数值模拟历史  11-12
    1.2.2 国内板料数值模拟技术研究历史  12-13
  1.3 目前国内外数值模拟的研究热点问题  13
  1.4 板料成形数值模拟中的优化方法运用  13-14
  1.5 本文研究的主要内容及意义  14-15
  1.6 各章节的主要内容  15-16
第2章板料冲压成形数值模拟有限元理论  16-23
  2.1 板料冲压成形有限元概述  16
  2.2 大变形弹塑性有限元基本理论  16-18
  2.3 板料成形中的材料模型  18-20
    2.3.1 刚体材料模型  18
    2.3.2 DYNAFORM中的材料模型  18-19
    2.3.3 3参数Barlat材料模型  19-20
  2.4 单元类型与沙漏控制  20-21
  2.5 接触处理与摩擦处理  21-22
    2.5.1 接触处理  21-22
    2.5.2 摩擦处理  22
  2.6 本章小结  22-23
第3章汽车覆盖件拉延工艺关键问题分析  23-30
  3.1 覆盖件成形工艺分析  23-24
    3.1.1 覆盖件冲压工艺设计概述  23
    3.1.2 左后侧车门外板成形工艺设计  23-24
  3.2 拉延工艺设计  24-28
    3.2.1 拉延冲压方向的确立  24-25
    3.2.2 工艺补充面的设计  25
    3.2.3 压料面的设计  25-26
    3.2.4 拉延筋的设计  26-27
    3.2.5 左后侧车门的凹模三维模型的建立  27-28
  3.3 成形质量的评价指标  28-29
    3.3.1 成形极限图(FLD)  28
    3.3.2 减薄率与增厚率  28-29
    3.3.3 成形裕度  29
    3.3.4 板料变形的均匀程度  29
  3.4 本章小结  29-30
第4章左后侧车门外板拉延成形数值模拟  30-41
  4.1 左后侧车门外板拉延成形的有限元模型的建立  30-34
    4.1.1 确定拉深模具类型  30-31
    4.1.2 划分单元网格  31-32
    4.1.3 冲压方向确定  32
    4.1.4 凸模和压边圈模型的确定  32-33
    4.1.5 坯料形状和尺寸的确定  33-34
  4.2 拉延成形有限元模型的建立  34-35
    4.2.1 重力模拟  34
    4.2.2 有限元模型的建立  34-35
  4.3 成形工艺参数设定  35-37
    4.3.1 材料参数与接触处理的设置  35-36
    4.3.2 压边力大小的确定  36
    4.3.3 工序设置及控制参数设置  36-37
    4.3.4 提交求解运算以及后处理  37
  4.4 拉延筋的设置  37-40
    4.4.1 无拉延筋的拉延成形模拟  37-38
    4.4.2 100%整圈拉延筋拉延成形  38
    4.4.3 40%整圈拉延筋拉延成形  38-40
  4.5 本章小结  40-41
第5章基于响应面法的拉延成形工艺参数优化  41-59
  5.1 概述  41
  5.2 响应面法(RSM)  41-44
    5.2.1 多项式响应面  42-43
    5.2.2 实验设计  43
    5.2.3 设计变量和目标函数的选取  43-44
  5.3 基于响应面法和实验设计拉延成形工艺参数优化  44-57
    5.3.1 拉延工艺的实验设计  44-47
    5.3.2 成形质量缺陷分析  47-48
    5.3.3 正交试验结果初步分析  48-50
    5.3.4 响应面的建立  50-54
    5.3.5 遗传算法优化求解  54-57
  5.4 本章小结  57-59
第6章左后侧车门外板的回弹模拟研究  59-70
  6.1 回弹概述  59
  6.2 回弹  59-60
  6.3 切边回弹的数值模拟  60-61
    6.3.1 切边过程模拟存在的困难  60
    6.3.2 切边模拟的简化方法  60-61
    6.3.3 DYNAFORM中回弹分析方法  61
  6.4 左后侧车门外板的切边回弹数值模拟  61-67
    6.4.1 左后侧车门外板的切边冲孔工序数值模拟  61-62
    6.4.2 左后侧车门外板的切边回弹数值模拟  62-67
  6.5 回弹的控制方法  67
  6.6 实验论证  67-69
  6.7 本章小结  69-70
第7章结论与展望  70-72
  7.1 结论  70-71
  7.2 展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
攻读学位期间的研究成果  76

车身覆盖件成形数值模拟及工艺参数优化

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