盒形覆盖件拉延成形数值模拟及工艺参数优化

摘要

在传统的覆盖件开发设计过程中，技术人员采用“试错法”对覆盖件成形方案反复的修改和调试，增加了成本。随着计算机技术的发展，FEM数值模拟技术为成形过程设计的自动化奠定了基础，为覆盖件开发设计和成形工艺的优化提供可能。 盒形覆盖件多数属于不规则冲压件，材料参与变形的数量和程度变化大，且变化不均匀。这类零件的成形工艺参数的选取，实际生产中，一般采用类比法和实验验证，缺乏全面、系统的研究。由于塑性成形过程模拟具有高度非线性和计算量大的特点，模拟难度大。因此，基于成形过程的FEM数值模拟，寻求利用较少的模拟次数得到该类零件成形工艺参数优化解的方法，具有理论和实践的双重意义。 本文首先分析国内外覆盖件数值模拟及工艺参数优化的发展状况及趋势，指出覆盖件成形过程FEM数值模拟的关键作用和工艺参数优化存在的不足。 通过对有限元数值模拟理论深入研究和探讨，指出显式动力算法，单元中BT壳单元，接触算法中罚函数法是板料冲压成形数值模拟的首选，同时也介绍了适合于有限元控制方程的显式积分算法—中心差分法。 材料参数、工具参数和工艺参数的设定是覆盖件成形数值模拟的关键技术。本文通过具体算例，重点分析了材料参数n值、r值和工艺参数压边力、摩擦系数、凹模圆角、凸模速度参数对模拟结果的影响，给出了不同n值、r值条件下的FLD及各工艺参数对成形质量影响的曲线。同时提出将“均匀设计”实验方法与FEM数值模拟相结合应用于板料冲压模拟分析来优化成形工艺参数，并通过盒形件算例，验证了该方法能提高优化工艺参数的效率。 最后，通过对福田1690型轻卡的顶盖进行模拟分析，并结合实冲结果对比分析，验证了均匀设计试验方法与数值模拟集成在覆盖件成形参数优化中实际应用的合理性、有效性。同时采用变压边力技术来提高成形件的质量。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外覆盖件冲压成形数值模拟技术及成形优化技术的研究现状

1.2.1覆盖件冲压成形数值模拟技术的研究现状

1.2.2覆盖件成形工艺参数优化技术研究现状

1.2.3板料冲压成形数值模拟过程中工艺参数优化目前存在的问题

1.3本课题的提出

1.4本课题研究的主要内容

第二章薄板冲压成形成形性评价及FEM理论基础

2.1板料成形质量的评价方法

2.2薄板冲压有限元理论基础

2.2.1材料模型

2.2.2板料成形的单元模型

2.2.3几何非线性有限元控制方程

2.2.4薄板冲压成形分析中的接触非线性

2.2.5有限元控制方程的显式积分算法

2.3本章小结

第三章板料冲压成形数值模拟关键技术研究

3.1数值模拟分析模型的建立

3.1.1 CAD模型的建立

3.1.2有限元模型的建立

3.2数值模拟分析中的关键技术

3.2.1压边圈的处理

3.2.2拉延筋的处理

3.2.3动力显式格式有限元模拟中的虚拟条件

3.3材料和工艺条件的处理

3.3.1材料参数n值、r值对模拟结果的影响

3.3.2工艺条件对模拟结果的影响

3.4本章小结

第四章盒形件冲压成形工艺参数优化与成形预测

4.1引言

4.2“均匀设计”实验与FEM数值模拟集成

4.3均匀设计

4.3.1均匀设计表和使用表

4.3.2均匀设计实验数据的处理与分析

4.4方盒件冲压成形数值模拟及工艺参数优化

4.4.1 FEM模型的建立

4.4.2方盒件模拟实验方案

4.4.3模拟结果分析及讨论

4.4.4优化点的进一步寻找

4.4.5结论

4.5本章小结

第五章数值模拟在顶盖成形参数优化中的应用

5.1顶盖冲压成形数值模拟有限元模型

5.1.1有限元建模

5.2应用变压边力控制顶盖成形质量的研究

5.2.1整体压边圈线性变化压边力控制

5.2.2分块压边圈恒压边力控制

5.3顶盖冲压成形数值模拟及工艺参数优化

5.3.1数值模拟实验方案

5.3.2数据处理与实验结果分析

5.3.3优化点的进一步寻找

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文