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多工位级进冲压工艺分析及成形全工序数值模拟

作　者: 魏光明
导　师: 夏琴香
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 冲压 多工位级进模 汽车结构件 高强钢板 全工序数值模拟
分类号: TG385.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 222次
引　用: 2次
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内容摘要


我国汽车工业的快速发展，为汽车零部件提供很大的市场需求空间，其中95%以上都需要模具来制造。目前国内汽车冲压模具的制造技术水平还相对落后，无法很好地去应对这个市场。而采用标志着冲模技术先进水平的多工位级进模可使生产效率提高数倍甚至数十倍。采用高强度钢时汽车零部件的厚度可减薄，是实现汽车轻量化的重要途径。采用有限元数值模拟进行虚拟试模，可以减少物理试模，缩短模具开发周期。本论文的研究课题来源于广东省高等学校高层次人才项目（项目编号：x2jqN9101140）“高强度钢板汽车结构件多工位级进模精确设计技术研究”、广东省部产学研项目（项目编号：2010B090400094）“高强度钢板件多工位级进模虚拟制造技术及产业应用”。本文针对成形难度较大的某汽车高强度钢板安装座零件，借助于有限元数值模拟手段，研究其级进冲压工艺，完成级进冲压成形中所涉及的正拉深、反拉深、弯曲、整形等的全工序数值模拟，预测冲压过程中出现的拉裂、起皱等各种缺陷，获得有利于级进冲压的工艺参数，并通过试验研究验证了数值模拟的有效性及合理性。最后将研究结果应用于生产，冲制出合格的安装座零件。本文研究内容和结论如下：（1）采用一步逆成形分析法对该零件成形性进行了详细分析，并与Dynaform中毛坯尺寸工程模块相结合对单件毛坯形状进行了反求，根据关键成形工位模拟结果对毛坯形状进行优化修正可以使最后冲制出的零件达到较高的尺寸精度。（2）零件的加强筋部位由于变形程度较大，采用正、反两次拉深。正拉深起预成形储料作用，可以有效减少拉薄现象，提高成形质量。反拉深后进行切边，之间设空工位避免干涉。对于制件不同平面上的冲孔和弯曲，通过改变制件与载体的夹角来实现，据此安排了两次弯曲与冲孔。（3）通过工艺分析，设计了13工位的排样方案，并对单排、单侧载体和双排、中间载体两种排样方式进行对比分析，得出采用双排、中间载体方式可以提高零件生产效率和材料利用率，有利于进行大批量生产。（4）在UG中建模，利用HyperMesh进行有限元网格划分可以消除导入Dynaform中的条料局部失真现象。采用多工位多工序方法，对多工位级进冲压成形过程进行全工序数值模拟。特别对成形关键所在的第三、四工位的正、反拉深进行了详细分析，通过对凸包形状进行修正及毛坯优化后重新建模获得了理想的模拟结果。解决了多工位多工序级进冲压数值模拟中的工序间历史信息传递、有限元建模问题和模具干涉等关键技术问题。（5）对该零件进行了级进冲压试验，通过对成形后的工序条料中的正、反拉深工位的板料厚度进行测量，并与相应的数值模拟得到的板料厚度进行对比分析，得出模拟与试验结果比较一致，最大相对误差为8.4%，验证了采用多工位多工序数值模拟方法的有效性以及合理性。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-17
  1.1 引言  12
  1.2 多工位级进模概述  12-13
  1.3 多工位级进冲压的研究现状  13-15
    1.3.1 汽车零部件多工位级进冲压工艺的研究现状  13-14
    1.3.2 多工位级进冲压数值模拟的研究现状  14-15
  1.4 课题研究的背景、目的及意义  15-16
  1.5 课题的研究内容  16
  1.6 本章小结  16-17
第二章 汽车安装座零件冲压工艺设计  17-32
  2.1 引言  17
  2.2 多工位级进模的设计步骤  17-18
  2.3 零件工艺与一步逆成形分析  18-21
    2.3.1 零件工艺分析  18-19
    2.3.2 一步逆成形分析与坯料反求  19-21
  2.4 冲压工艺方案拟定与排样设计  21-29
    2.4.1 冲模类型的确定  21-22
    2.4.2 载体设计  22-23
    2.4.3 毛坯排样  23-25
    2.4.4 工序排样设计  25-29
  2.5 模具整体结构  29-30
  2.6 本章小结  30-32
第三章 级进冲压成形有限元数值模拟技术  32-46
  3.1 引言  32
  3.2 非线性弹塑性有限元法的本构关系  32-36
    3.2.1 有限变形条件下的弹塑性本构方程  34
    3.2.2 Hill厚向异性屈服准则的应用  34-35
    3.2.3 Barlat各向异性屈服准则的应用  35-36
  3.3 单元类型、接触和摩擦  36-38
    3.3.1 单元类型  36-37
    3.3.2 接触问题  37
    3.3.3 摩擦处理  37-38
  3.4 有限元数值模拟软件的选取及介绍  38-41
    3.4.1 Dynaform软件简介  40-41
    3.4.2 HyperMesh软件简介  41
  3.5 级进冲压有限元数值模拟的关键技术  41-45
    3.5.1 有限元网格划分  41-44
    3.5.2 工序间历史信息传递  44
    3.5.3 模具干涉问题  44-45
    3.5.4 提高模拟效率的方法  45
  3.6 本章小结  45-46
第四章 汽车安装座零件多工位级进冲压全工序数值模拟  46-68
  4.1 引言  46
  4.2 级进冲压有限元模拟的步骤  46-48
  4.3 级进冲压有限元模型的建立  48-53
    4.3.1 UG、HyperMesh和Dynaform的综合运用  48-49
    4.3.2 材料模型  49-51
    4.3.3 建立有限元模型  51-53
  4.4 级进冲压数值模拟及工艺改进  53-55
  4.5 模拟结果及讨论  55-66
    4.5.1 成形关键正反拉深模拟结果  55-56
    4.5.2 后续冲压成形模拟结果  56-64
    4.5.3 级进冲压模拟中出错中断及解决办法  64-66
  4.6 本章小结  66-68
第五章 试验研究  68-79
  5.1 引言  68
  5.2 多工位级进冲压试验条件  68-70
  5.3 试验结果及与数值模拟对比  70-73
    5.3.1 试模过程及结果  70-71
    5.3.2 试模与模拟结果对比  71-73
  5.4 正、反拉深后实际与模拟板厚对比验证  73-77
    5.4.1 正拉深后板厚分布对比  73-76
    5.4.2 反拉深后板厚分布对比  76-77
  5.5 其它弯曲工位实际与模拟结果对比  77-78
  5.6 本章小结  78-79
结论与展望  79-81
参考文献  81-85
攻读学位期间发表的论文  85-86
致谢  86-87
附件  87

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 冷冲压（钣金加工） > 冷冲机械设备 > 冷冲模
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