轿车车身覆盖件冲压成形关键技术的应用研究

摘要

在轿车开发过程中,轿车车身覆盖件具有形状复杂,结构尺寸大、精度高、表面质量要求严格等特点,其模具设计一直是整车开发的重要环节,特别是覆盖件拉深模具型面的设计,更是决定覆盖件产品质量的关键因素。应用先进的CAD/CAE技术,可以同时进行整车设计、模具设计、车身覆盖件成形性分析等工作,对轿车车身覆盖件产品开发进行并行设计。利用CAD技术,可以方便、快速地进行模具的设计和修改;利用CAE技术,可以模拟成形过程,预测成形过程中可能出现的质量问题,检验模具设计的合理性,并优化模具的设计和成形工艺设计。应用CAD/CAE技术对于提高车身覆盖件模具的设计效率和质量,减少车身覆盖件模具开发的成本,缩短模具开发周期,进一步缩短轿车整车开发周期具有重要的意义。本文在深入考察和分析车身覆盖件成形过程和模具设计的基础上,以轿车行李箱盖外板为例,研究了车身覆盖件拉深模具型面的CAD设计,提出了车身覆盖件拉深模具型面CAD设计的具体方法。并在Unigraphics软件平台下使用其二次开发工具UG/Open开发了覆盖件模具自动修边线确定程序,对提高覆盖件拉深模设计的效率、缩短模具开发时间具有重大的实际应用价值和指导意义。本文在深入考察和分析车身覆盖件成形过程的应力应变的基础上,研究了车身覆盖件模具CAE成形性分析的有限元建模技术,并利用方盒形件例子,研究了仿真参数(模具间隙、压边力和虚拟凸模速度)对车身覆盖件冲压成形结果的影响。本文以轿车引擎盖外板为例,完成了其拉深模型面的CAD设计和成形性的CAE分析的工作,并进行了试验。结果表明,利用CAD并结合其二次开发工具和CAE技术,可以明显缩短车身覆盖件模具的设计时间,同时,也证明了进行CAE模拟仿真的结果是准确的、可信的。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.1.1 问题的提出

1.1.2 研究意义

1.2 轿车车身覆盖件冲压成形关键技术的现状

1.2.1 轿车车身覆盖件冲压成形关键技术

1.2.2 车身覆盖件冲压成形CAD/CAM/CAE的软件开发研究

1.2.3 车身覆盖件冲压成形关键技术的应用研究

1.3 研究的目的和内容

1.3.1 本文研究的目的

1.3.2 本文研究的主要内容

2 轿车车身覆盖件薄板冲压成形的基本理论

2.1 引言

2.2 轿车车身覆盖件冲压成形的弹塑性力学理论

2.2.1 应力、应变分析基础

2.2.2 车身覆盖件冲压成形中的应力应变状态

2.2.3 材料基本屈服准则

2.2.4 材料的真实应力一应变曲线

2.3 轿车车身覆盖件冲压成形材料及性能

2.3.1 车身覆盖件冲压成形常用板材

2.3.2 板材性能参数对成形性的影响

2.4 轿车车身覆盖件冲压成形工艺的特点及其设计原则

2.4.1 车身覆盖件冲压成形工艺特点

2.4.2 车身覆盖件冲压成形工艺设计原则

2.5 轿车车身覆盖件冲压过程分析

2.5.1 轿车车身覆盖件冲压成形冲压方式

2.5.2 轿车车身覆盖件冲压成形中存在的主要问题及对策

2.6 本章小结

3 轿车车身覆盖件冲压模具型面的设计与建模方法研究

3.1 引言

3.2 轿车车身覆盖件拉深模具型面的设计

3.2.1 拉深方向的设计

3.2.2 压料面的设计

3.2.3 工艺补充面的设计

3.2.4 工艺孔及工艺切口设计

3.2.5 拉深筋的设计

3.3 通用CAD软件Unigraphics(UG)简介

3.3.1 通用CAD软件Unigraphics(UG)的特点

3.3.2 Unigraphics(UG)的二次开发工具UG/Open技术

3.4 基于实例的车身覆盖件拉深模具型面CAD设计方法研究

3.5 基于UG/Open二次开发技术的覆盖件修边线程序开发研究

3.5.1 基于UG/Open二次开发覆盖件修边线程序的设计原理

3.5.2 基于UG/Open二次开发修边线程序AUTOCUT使用说明

3.5.3 基于UG/Open二次开发的覆盖件修边线部分源程序

3.6 本章小结

4 轿车车身覆盖件冲压成形分析的有限元法及仿真参数研究

4.1 引言

4.2 非线性动力显式有限元方法

4.2.1 材料屈服模型

4.2.2 三种材料屈服函数的弹塑性本构关系

4.2.3 接触摩擦理论

4.2.4 网格密度及形状处理

4.2.5 单元尺寸控制及选择

4.2.6 单元公式的选择

4.2.7 沙漏控制处理

4.3 车身覆盖件冲压成形CAE常用材料模型

4.3.1 刚体材料模型

4.3.2 线性硬化材料模型

4.3.3 厚向异性弹塑性材料模型

4.3.4 带 FLD的厚向异性弹塑性材料模型

4.3.5 3参数Barlat材料模型

4.3.6 3参数Barlat材料模型应用输入参数介绍

4.3.7 几种材料模型屈服准则的关系及其比较

4.4 车身覆盖件冲压成形数值仿真有限元建模及仿真参数研究

4.4.1 CAD几何模型的离散网格化处理

4.4.2 仿真分析工具的定义

4.4.3 上、下模和压边圈的工艺处理

4.4.4 拉深筋的处理

4.4.5 仿真关键参数对于拉深结果的影响

4.5 车身覆盖件成形CAE仿真分析软件Dynaform及模块介绍

4.6 本章小结

5 轿车车身覆盖件冲压成形CAD/CAE实例研究

5.1 引言

5.2 LF520轿车引擎盖外板(Hood outer)模具型面的CAD建模

5.3 有限元建模及计算

5.4 仿真结果与试验结果对比分析

5.5 本章小结

6 全文总结

致谢

参考文献

附: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文