汽车覆盖件拉延模具精确型面构建方法研究

摘要

模具型面的研合率是模具调试过程中的重要指标，大部分深拉延件如发动机罩、车门以及翼子板等汽车覆盖件，由于精度要求高，其模具型面的研合率一般要求达到90％以上。而模具调试过程中常通过钳工手工反复打磨完成，打磨过程也往往是凭借钳工的工程经验。数值模拟的应用可以尽早发现成形中的问题，改善模具设计，从而大大缩短模具调试周期，降低成本。
　　为了提高汽车覆盖件在拉延成形过程中模具型面的研合率，本文在冲压仿真计算的基础上提出了一种模具型面精确构建方法。通过冲压仿真计算获得零件成形后各个不同区域的厚度分布情况，依据计算获得节点的厚度信息，应用网格映射、形函数插值、节点偏移等方法，调整凸凹模工具网格使二者之间的间隙与冲压后零件厚度分布一致，构建出适应零件厚度分布的精确模面网格模型。并以调整好的工具网格为基准，根据网格节点的偏移量，对模具型面相应的曲面面片及其剪裁线的控制顶点进行相应的偏移，实现曲面随网格模型的变化而自动形变，从而构建出适应零件厚度变化的模具精确型面，实现了在设计阶段模具型面研合率的提高。
　　本文提出了一种汽车覆盖件拉延模具精确型面的构建方法，主要开展了以下工作:
　　1.根据冲压成形仿真后得到的零件厚度分布与凸凹模之间间隙的关系，考虑构建出一种拉延模具的精确型面，在设计阶段提高模具的研合率。
　　2.基于冲压效应，编制VC程序实现网格映射相关算法，提出了一种拉延模具精确型面的网格模型构建方法。
　　3.在拉延模具精确型面网格的基础上，通过调整模具原始型面的控制顶点实现NURBS曲面形变，重构出拉延模具精确型面的曲面模型。
　　4.以某轿车前舱内横梁拉延模具为例，构建出了凹模精确型面的网格模型，并在此网格模型上重构出凹模精确型面的曲面模型。
　　通过凹模精确型面与凹模原始型面的偏差分析，可以看出本文提出的方法能在模具型面设计阶段明显提高模具研合率，具有一定的工程应用意义。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 板料成形数值模拟的研究现状和发展趋势

1．2．1 国外板料成形数值模拟研究状况

1．2．2 国内板料成形数值模拟研究状况

1．2．3 板料成形数值模拟发展趋势

1．3 汽车冲压模具的发展状况和趋势

1．3．1 国内汽车模具行业发展状况

1．3．2 国外汽车模具行业发展状况

1．3．3 汽车冲压模具的发展趋势

1．4 课题来源及研究意义

1．4．1 课题来源

1．4．2 课题研究意义

1．5 本文的研究内容及结构

第2章 板料数值模拟及冲模的制造

2．1 板料成形有限元数值模拟

2．1．1 有限元方程求解算法概述

2．1．2 壳单元构造技术概述

2．1．3 材料本构关系模型概述

2．1．4 接触处理技术概述

2．2 汽车覆盖件冲压模具的制造

2．2．1 汽车覆盖件冲模的制造特点

2．2．2 汽车覆盖件冲模制造设备

2．2．3 汽车覆盖件拉延模的制造过程

2．3 本章小结

第3章 拉延模具精确型面网格模型构建方法

3．1 网格映射相关算法

3．1．1 板料网格映射单元快速搜索

3．1．2 形函数法反求投影点坐标

3．2 拉延模具精确型面网格模型的构建流程

3．3 构建拉延模具精确型面网格模型的关键算法

3．3．1 网格映射中映射方向的选取

3．3．2 板料网格节点单位法向量的简便计算

3．3．3 板料网格节点厚度值的精确计算

3．3．4 工具网格节点偏移量的计算

3．4 本章小结

第4章 拉延模具精确型面曲面模型的构建方法

4．1 NURBS曲线和曲面形状修改的基本理论

4．1．1 NURBS曲线形状的修改

4．1．2 NURBS曲面形状的修改

4．2 拉延模具精确型面曲面模型的构建流程

4．3 拉延模具精确型面曲面模型的构建方法

4．3．1 模具型面的面片重构

4．3．2 面片剪裁线的重构

4．3．3 面片拼接与曲面光顺

4．4 本章小结

第5章 前舱内横梁拉延模具精确型面构建实例

5．1 前舱内横梁数值仿真分析与试验

5．1．1 前舱内横梁模具和网格划分

5．1．2 材料参数和仿真参数的设置

5．1．3 冲压数值仿真结果

5．1．4 实际冲压试验结果

5．2 前舱内横梁模具精确型面的构建流程

5．3 前舱内横梁凹模精确型面网格模型的构建

5．3．1 凹模网格节点的偏移量的计算

5．3．2 凹模型面原始网格与精确网格的偏差分析

5．4 前舱内横梁凹模精确型面曲面的重构

5．4．1 控制顶点偏移量的计算

5．4．2 凹模精确型面曲面模型的重构

5．5 精确模面与原始模面偏差分析

5．6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 关键特征代码