汽车铝合金后背门外板成形工艺优化及回弹控制

摘要

随着环境污染加剧、能源紧张和汽车配置的增多，汽车轻量化成为研究热点。轻质材料铝合金取代钢材在车身上大面积使用，可以大大的减轻汽车重量。铝合金板冲压成形性能比普通钢板差，尤其应用于大型的汽车覆盖件冲压成形过程中，更易出现破裂、起皱、回弹和表面损伤等质量缺陷，所以铝合金板冲压成形工艺的设计不能简单地套用普通钢板的经验和标准。同时，相比于国外铝合金在车身上的广泛应用，国内在这方面正处于研究和尝试阶段，所以需要对铝合金覆盖件的冲压成形工艺进行深入研究。本文将以某款汽车的铝合金后背门外板为研究对象，运用有限元数值模拟和数学优化等手段，探究如何高效准确地对铝合金板进行合理的成形工艺设计、成形质量优化及影响因素分析，回弹控制。研究成果和方法对于研究和制定其他铝合金件成形工艺具有一定的指导意义。
　　本研究主要内容包括：⑴分析零件的结构和成形特点，并根据铝合金板成形性能，安排合理的冲压工序；然后借助UG造型设计和Autofrom有限元数值模拟技术相结合的方法，制定出合理的成形工艺模面，包括拉延方向、工艺补充面、压料面；然后，选取三种拉延筋布置方案进行成形过程数值模拟，结果表明非封闭式双筋方案可以较好的控制板料均匀流动，成形质量较好；比较三种铝合金材料AA6009-T4、AA6016-T4和AA6111-T4在此零件成形时成形性差异，结果显示：AA6016-T4板塑性变形较充分、但易局部破裂，AA6111-T4成形性相对差，但不要破裂，AA6009-T4板成形性居中。⑵针对零件成形过程容易产生破裂和起皱缺陷，选取压边力、摩擦系数、模具间隙和凹模圆角半径这四个工艺参数作为优化变量，以最大减薄率和最大增厚率为优化目标，利用Box-Beheken试验和二阶响应面法建立了优化变量与目标之间的非线性映射关系，并预测了单因素及多因素交互作用对优化目标影响规律。然后，用NSGA-II遗传优化算法进行多目标寻优，找到了有效控制破裂和起皱的工艺参数组合。⑶铝合金弹性模量易回弹，同时，零件卸载和修边后的回弹计算结果显示其回弹大且分布不均匀。所以采取模面修正补偿技术对成形工艺模面进行了四次迭代补偿，将修边后回弹控制在公差允许范围±0.50mm内。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 车身用铝合金研究现状

1.3 板料成形工艺和回弹研究现状

1.4 数学优化方法在板料成形优化中应用现状

1.5 本文研究主要内容

第二章 板料冲压成形有限元数值模拟理论与关键技术

2.1 引言

2.2 非线性的弹塑性本构关系

2.3 单元理论

2.4 接触与摩擦问题处理

2.5 有限元的求解算法

2.6 Autoform数值模拟软件介绍

2.7 本章小结

第三章 铝合金后背门外板成形工艺设计及数值模拟

3.1 汽车覆盖件成形工艺特点

3.2 后背门外板结构特点和冲压工艺安排

3.3 拉延成形工艺模面设计

3.4 坯料设计

3.5 拉延筋布置方案

3.6 不同材料对后背门外板成形性影响

3.7 本章小结

第四章 基于响应面和遗传算法的后背门外板成形工艺优化

4.1 响应面法理论

4.2 优化目标和优化变量的选择

4.3 Box-Beheken试验和结果

4.4 二阶响应面建立和检验

4.5 二阶响应面分析

4.6 遗传算法进行多目标优化

4.7 成形质量模拟验证

4.8 本章小结

第五章 后背门外板的回弹分析与控制

5.1 回弹计算的方法

5.2 后背门外板的回弹分析

5.3 模具型面补偿原理

5.4 后背门外板的回弹模面补偿

5.5 现场生产验证

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文