车身外板件冲压回弹控制与补偿技术研究

摘要

回弹是板料冲压成形中普遍存在的现象，回弹的存在直接影响到冲压件的形状和尺寸精度，并产生后续的质量和装配问题。特别是近年来高强度钢板和铝合金薄板在汽车车身制造中的广泛应用，回弹问题在生产中越来越突出。与内板件相比，外板件冲压成形后的产品不仅要满足产品开发的公差要求，还要满足外观光顺、流线、外凸及反光规则等良好的面品要求，对补偿后外板件曲面进行高光评价时，显亮的曲线应该有一个共同的曲率特征，即等高线连续且过渡均匀，逐渐地发散或收缩，而不是一下汇集消失到一点，此外还要满足A级曲面的其它要求，所以对外板件进行冲压回弹工艺控制和回弹补偿是高档轿车车身开发的一大难题。
　　 传统的回弹补偿一般采用“试错法”，这种方法不仅耗费了大量的财力和时间，而且只能针对形状简单和材料常见的覆盖件，过于依赖操作人员的经验和技能，导致模具开发周期长，严重制约着模具工业的发展。随着弹塑性力学基本理论和有限元方法的发展和不断完善，一些大型汽车和模具企业开始在实践中尝试新的回弹工艺控制和补偿方法。
　　 本文重点研究了影响回弹的主要因素，包括设计变量和噪声变量。通过Autoform自带的Sigma模块对回弹做灵敏度分析，总结影响回弹的关键因素，并以此作为后续优化问题的设计变量。通过确定回弹评判函数和约束条件，采用超级拉丁方抽取样本，构造合理的回弹工艺控制近似模型，并运用遗传算法优化了发动机罩外板的回弹问题。
　　 但是对回弹的工艺控制和优化并不能从根本上消除回弹，优化之后的回弹有可能超出产品公差要求，因此需要对成形型面做回弹补偿。本文基于全工序模拟技术和几何位移补偿原理对拉延模型面和修边模型面分别进行全局补偿，并且对修边线也做相应的补偿，这有效地提高了产品的精度和成形过程的稳定性。此外还对回弹补偿后的型面做A级曲面质量检测，检测结果表明补偿后的型面基本满足A级曲面要求，如果不满足，则继续在CATIA做A面处理。
　　 本文所用的回弹工艺控制和补偿方法已经在实际生产中得到初步的应用，生产得到的制件效果良好，对缩短模具开发周期和提高产品质量有重要的应用价值。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 车身外板件概述

1．3 国内外研究现状

1．3．1 回弹预测的研究

1．3．2 回弹工艺的控制与优化

1．3．3 回弹型面补偿的研究

1．4 课题来源、研究目标和研究内容

1．4．1 课题来源、研究目的

1．4．2 研究内容

第2章 冲压成形与回弹数值模拟基本理论

2．1 冲压成形有限元基本理论

2．2 材料屈服准则

2．3 板料成形单元模型

2．4 接触摩擦问题

2．5 回弹力学机理

2．6 板料回弹数值模拟算法

2．6．1 静态隐式算法

2．6．2 动态显示算法

2．6．3 混合算法

2．7 本章小结

第3章 基于近似模型的优化方法理论基础

3．1 拉丁超立方试验设计

3．2 响应面回归近似建模技术

3．3 遗传算法优化方法

3．4 本章小结

第4章 板料回弹的工艺控制与优化

4．1 回弹的影响因素

4．1．1 产品形状对回弹的影响

4．1．2 材料参数对回弹的影响

4．1．3 冲压工艺参数对回弹的影响

4．1．4 模具间隙对回弹的影响

4．2 发动机罩外板冲压回弹灵敏度分析与稳定性分析

4．2．1 设计变量的选取

4．2．2 灵敏度分析

4．2．3 稳定性分析

4．3 发动机罩外板冲压回弹近似模型优化分析

4．3．1 有限元模型的建立

4．3．2 约束条件

4．3．3 目标函数的表征

4．3．4 初始DOE构建

4．3．5 初始近似模型构建

4．3．6 DOE重构

4．3．7 近似模型重构

4．3．8 优化及结果分析

4．4 本章小结

第5章 基于全工序数值模拟的回弹型面补偿技术

5．1 外板件全工序模拟技术

5．2 位移回弹补偿流程及算法理论

5．2．1 位移回弹补偿流程

5．2．2 几何补偿算法

5．2．3 光顺几何法理论

5．3 全工序数值模拟仿真及回弹补偿算例

5．3．1 有限元模型

5．3．2 数值模拟计算

5．3．3 回弹补偿的方法

5．4 回弹补偿后型面质量检查

5．4．1 车身A级曲面定义

5．4．2 A级曲面检测

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文