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大型平板类冲压件非均匀局部变形诱发翘曲回弹的预测与控制方法研究

作　者: 马家鑫
导　师: 陈军；李细锋
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 大型平板类冲压件非均匀局部变形翘曲回弹数值模拟回弹控制
分类号: TG386
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大型平板类冲压件作为底板、基体类零件在家用电器等工业中应用十分广泛,这类冲压件常包含许多非均匀分布的局部成形特征。对于复杂的大型平板类冲压件,由于非均匀局部变形,会出现严重的翘曲回弹现象,影响到产品的外观和质量。对于回弹现象,虽然近年来国内外学者在提高回弹预测精度和回弹控制方面做了大量的工作,但对于大型平板类冲压件的翘曲回弹仍难准确预测和控制,目前还没有一个较为成熟的评价冲压件整体翘曲回弹的指标,关于翘曲回弹控制的研究也较少。针对非均匀局部变形诱发的翘曲回弹现象,本文基于某液晶电视模座背板,分析总结了非均匀局部变形诱发翘曲回弹的力学机理,建立两种能反映非均匀局部变形诱发翘曲回弹现象的近似模型,以有限元软件LS-DYNA为平台,综合运用动力显式和静力隐式有限元方法对实际零件和近似模型进行了拉深成形和回弹过程的模拟,回弹模拟过程采用垂直悬挂约束。结果表明,实际零件回弹量的数值模拟结果较实际测量值偏高,但整体翘曲回弹的分布、变化趋势与实际测量结果基本一致。基于上述成形和回弹模拟的有限元模型,本文提出了平板平整度的概念,并将其作为评价大型平板类冲压件翘曲回弹的指标,利用该指标,分析了压边力大小、摩擦系数、凸凹模间隙对于翘曲回弹的影响,研究发现,翘曲回弹量随着压边力大小和摩擦系数的增加而减小;凸凹模间隙对翘曲回弹的影响无单调性,凸凹模间隙对于翘曲回弹无明显抑制作用。研究结果可以为大型平板类冲压成形翘曲回弹的控制提供指导。基于建立的翘曲回弹近似模型,采用变压边力技术进行了翘曲回弹控制方法的研究。文中分别在十种变压边力加载曲线和局部变压边力条件下,进行回弹控制数值模拟。结论认为,压边力加载曲线为渐增、峰形和成形最后阶段加大压边力型模式均能有效减小回弹;将板料有成形特征的区域同无成形特征的区域分块压边,增大有成形特征区域的压边力能有效抑制翘曲回弹。研究结果可以为变压边力翘曲回弹控制技术的研究提供新的思路。同时,本文采用成形特征反压的方法对翘曲回弹的控制进行研究。总结了成形特征反压的三种类型,分析了成形特征反压的三种不同反压类型以及反压量对于翘曲回弹的影响规律,选取较优的反压量和反压类型,对翘曲回弹进行控制。分析了板料折弯对于翘曲回弹的控制作用,通过数值模拟,研究了折弯半径和折弯高度对于翘曲回弹的影响,研究发现,翘曲回弹量随着折弯半径的增加而增大,根据板料上成形特征分布区域设定不同的折弯高度,增加成形特征分布较多的边部的折弯高度,能有效抑制回弹。研究结果为企业实际翘曲回弹的控制提供了技术支持。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-24
  1.1 课题的背景及意义  10-13
    1.1.1 大型金属平板在家用电器等现代工业制造中的广泛应用  10-11
    1.1.2 板料冲压成形技术的快速发展  11-12
    1.1.3 板料冲压成形中的回弹现象  12-13
  1.2 板料冲压成形回弹问题研究现状  13-21
    1.2.1 板料冲压成形回弹有限元模拟的研究现状  13-17
    1.2.2 板料冲压成形回弹控制技术的研究现状  17-20
    1.2.3 金属板料翘曲回弹研究现状  20-21
  1.3 本文研究内容  21-24
第二章板料冲压成形有限元数值模拟基本理论和软件  24-38
  2.1 有限元方法简介  24-25
  2.2 金属板料冲压成形有限元数值模拟基本理论  25-32
    2.2.1 基于变分原理和虚位移原理的非线性有限单元列式  25-26
    2.2.2 单元模型  26-27
    2.2.3 非线性弹塑性材料本构关系模型  27-30
    2.2.4 有限元方程求解算法  30
    2.2.5 动态接触处理技术  30-32
  2.3 金属板料冲压成形回弹的数值模拟关键技术  32-35
    2.3.1 有限元求解算法  32
    2.3.2 屈服准确及强化模型  32-33
    2.3.3 单元类型和尺寸  33
    2.3.4 接触摩擦理论及算法  33-34
    2.3.5 厚向积分点数目  34
    2.3.6 虚拟速度设置  34
    2.3.7 自适应网格划分  34-35
    2.3.8 约束刚体的运动  35
  2.4 LS-DYNA有限元软件介绍  35-36
    2.4.1 LS-DYNA软件的功能特点  36
    2.4.2 LS-DYNA软件的应用领域  36
  2.5 本章小结  36-38
第三章翘曲回弹及其主要影响工艺参数的数值仿真研究  38-56
  3.1 翘曲回弹现象  38-39
  3.2 翘曲回弹产生的原因及评价标准  39-42
    3.2.1 翘曲回弹产生的原因  39-40
    3.2.2 翘曲回弹的评价指标  40-42
  3.3 有限元数值模型  42-47
    3.3.1 有限元数值模型的建立  42-44
    3.3.2 数值模拟结果分析  44-46
    3.3.3 非均匀局部拉深变形力学分析  46-47
  3.4 近似模型  47-50
  3.5 工艺参数对回弹的影响  50-55
    3.5.1 压边力对翘曲回弹的影响  51-52
    3.5.2 摩擦对回弹的影响  52-53
    3.5.3 凸凹模具间隙对回弹的影响  53-55
  3.6 本章小结  55-56
第四章基于变压边力技术的翘曲回弹控制技术  56-68
  4.1 变压边力技术  56-67
    4.1.1 变压边力曲线加载模式  56-60
    4.1.2 压边力加载曲线的优化  60-65
    4.1.3 分块压边  65-67
  4.2 本章小结  67-68
第五章基于成形特征反压和板料折弯的翘曲回弹控制技术  68-85
  5.1 成形特征反压概述  68
  5.2 成形特征反压的基本结构形式  68-69
  5.3 成形特征反压对于翘曲回弹的控制作用  69-71
  5.4 反压类型和反压尺寸对于翘曲回弹量的影响  71-78
    5.4.1 近似模型1 的反压  72-75
    5.4.2 近似模型2 的反压  75-78
  5.5 折弯对于翘曲回弹的控制作用  78-84
  5.6 本章小结  84-85
第六章文总结及展望  85-88
参考文献  88-94
致谢  94-96
攻读硕士期间已发表或录用论文  96-99
附录  99

大型平板类冲压件非均匀局部变形诱发翘曲回弹的预测与控制方法研究

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