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基于CATIA的高强钢板回弹几何补偿算法研究与系统开发

作　者: 孙世岩
导　师: 柳玉起
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 高强钢板回弹补偿 CATIA-SGCS 曲面重构参数化关联
分类号: U465.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着汽车轻量化的发展趋势，高强钢板已经被开始广泛应用在汽车车身零件制造上。高强钢的力学性能不同于普通低碳钢，冲压生产中出现的回弹问题非常突出，且难以解决，严重影响汽车车身的加工和装配。目前对于高强钢板冲压成形的回弹控制主要有两种方法：一是工艺控制法，二是几何补偿法。采用工艺控制法可以在一定程度上减小回弹，但无法从根本上消除回弹，而模具型面几何补偿法则可以从理论上根本解决回弹问题。近年来研究者们提出了很多有效的补偿算法，但都是基于网格形式的对模具型面进行补偿。如能快速准确的获得3D几何形式的模具补偿型面将可以对高强钢板零件的冲压生产具有重要的指导意义。本课题来源于国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”子课题“钢板冲压模拟软件开发和伺服压机工艺及回弹控制研究”（编号为2010ZX04014-072）。论文对高强钢板冲压回弹几何补偿算法进行研究，并基于CATIAV5平台开发了高强钢板冲压回弹几何补偿系统，实现了对高强钢板冲压过程中产生回弹的模具型面进行快速几何补偿的目的。论文简要介绍了高强钢板及其国内外生产应用现状，对比分析了国内外高强钢板冲压回弹控制和补偿算法的优缺点，开发一个基于CATIA平台的冲压回弹几何补偿系统是十分必要的，可以直接进行模具曲面补偿，提高模具设计效率。为了在CATIA平台直接进行模具型面回弹补偿，论文提出了一种基于UV线的旋转变形回弹几何补偿算法。该算法利用曲面原有的UV属性对曲面进行离散，通过截面将回弹曲面的三维旋转变形转换成离散点的二维平面内的旋转变形，并以曲面原有UV方向对变形后的离散点进行曲面重构，该算法还解决了过渡面处理和冲压负角回弹补偿修正问题，以满足冲压工艺性。论文深入研究了曲面离散曲面重构技术和参数化关联设计技术，保证回弹几何补偿后的模面能够保持补偿前的拓扑关系和几何连续性，最终实现了系统的全部功能，开发了基于CATIA平台的高强钢板冲压回弹几何补偿系统CATIA-SGCS（Springback Geometry Compensation System）。CATIA-SGCS系统充分利用了CATIA强大的曲面造型功能，可以快速获得高质量的模具几何补偿型面，并保持补偿前型面的拓扑关系和曲面连续性，可直接用于生产实践。通过对大量汽车高强钢板零件的实例分析，验证了系统的可行和有效性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-17
  1.1 课题来源  10
  1.2 目的和意义  10-11
  1.3 高强钢板介绍及国内外生产应用现状  11-12
  1.4 高强钢板冲压回弹控制和补偿研究现状  12-15
  1.5 本文的主要研究内容  15-17
2 基于 CATIA 高强钢板冲压回弹几何补偿系统的开发基础  17-23
  2.1 引言  17
  2.2 CAA/CGM 介绍  17-20
  2.3 系统的开发框架  20-21
  2.4 本章小结  21-23
3 基于 CATIA 高强钢板冲压回弹几何补偿系统的设计  23-36
  3.1 引言  23
  3.2 系统的功能需求分析  23-28
  3.3 系统的工作流程  28-30
  3.4 系统的界面设计  30-33
  3.5 系统的发布  33-35
  3.6 本章小结  35-36
4 基于 CATIA 高强钢板冲压回弹几何补偿系统的关键技术  36-48
  4.1 引言  36-37
  4.2 旋转变形回弹几何补偿算法  37-41
  4.3 曲面离散和重构技术  41-45
  4.4 参数化关联设计技术  45-47
  4.5 本章小结  47-48
5 基于 CATIA 高强钢板冲压回弹几何补偿系统应用实例  48-52
  5.1 引言  48
  5.2 某车型右纵梁前段底部加强板的回弹几何补偿  48-49
  5.3 某车型副车架后横梁的回弹几何补偿  49-51
  5.4 本章小结  51-52
6 全文总结与展望  52-54
  6.1 全文总结  52-53
  6.2 课题展望  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-58
附录 1 硕士生期间发表论文  58

基于CATIA的高强钢板回弹几何补偿算法研究与系统开发

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