基于成形极限图的板料多步冲压工艺优化

摘要

板料冲压成形是材料加工的基本方法之一，用以生产各种板料零件，广泛应用于航空、汽车、船舶等制造行业。在板料成形特别是多步冲压成形过程中，成形破裂是制约生产合格率提高的主要因素，其主要原因是板料局部变形超出材料的成形极限。将缩颈的开始视为板料的成形极限，把不同应变状态下的极限值绘制成曲线，即成形极限曲线，也称成形极限图。它描述了板料在任一应力状态下开始缩颈时的局部应变，也显示着板料局部成形的能力。本研究主要采用数值模拟与实冲试验相结合的方法，运用成形极限图以及应变路径来研究分析汽车覆盖件的多步冲压成形工艺，这对预测和分析覆盖件的成形缺陷、了解加工条件的严峻程度和覆盖件的安全裕度、指出改变应变状态应采取的措施、改善加工条件、提高冲压质量等具有重要意义。
　　 本文所进行的研究工作主要如下：
　　 1)首先阐述了板料成形数值模拟的基本理论及一些关键技术，开展了面向提高板料成形数值模拟精度的有限元建模方法的研究。以前人研究和大量模拟经历为基础，选用了合理的理论体系，包括Barlat屈服准则、BT单元类型、动态显式求解算法以及接触和摩擦处理，从而减少了数值模拟与实际的误差，提高了模拟的效率。
　　 2)研究分析了板料多步冲压成形过程中应力应变状态变化情况，研究了多步冲压的主要成形工艺，分析了多步冲压成形过程中的成形破裂以及造成成形破裂的原因，说明了以成形极限图作为预测成形破裂的重要性并阐述了板料成形极限的相关理论以及影响成形极限曲线的一些因素。
　　 3)通过对简单盒形件的多步冲压数值模拟分析，研究了不同冲压方案下盒形件成形极限的变化情况，分析了各方案特定点与危险点的应变路径以及安全裕度，同时还分析了不同应变路径对减薄率的影响。
　　 4)基于简单件的数值模拟分析，采用相同方法对车身覆盖件后地板进行了数值模拟，通过对比分析后地板的成形极限图以及危险点的应变路径图，选取了较优的成形方案，同时结合实冲结果，从外观及成形厚度方面进行了比较分析，结果表明数值模拟与实冲结果基本吻合。从而说明基于有限元数值模拟的成形极限图以及应变路径分析方法可以用于多步冲压成形的工艺优化。
　　 最后，对前面的工作内容进行了总结并对进一步的研究工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 成形极限

1.3 板料成形极限国内外研究状况

1.3.1 实验分析

1.3.2 理论研究

1.3.3 有限元数值模拟

1.4 板料成形有限元数值模拟技术概述

1.4.1 板料成形数值模拟基本理论和关键技术

1.4.2 提高有限元数值模拟计算精度的方法

1.5 开展板料多步冲压成形极限研究的意义

1.6 本文主要研究内容

第二章 板料多步冲压工艺与成形极限基本理论

2.1 引言

2.2 板料多步冲压成形中的应力应变状态

2.3 板料多步冲压成形工艺分析

2.3.1 拉延成形

2.3.2 胀形成形

2.3.3 翻边成形

2.4 影响板料多步冲压成形质量的主要因素

2.4.1 板料多步冲压成形过程中的破裂问题

2.4.2 影响多步冲压成形的主要因素

2.5 成形极限基本理论

2.5.1 失稳理论

2.5.2 M-K理论

2.6 板料成形极限曲线及其影响因素

2.6.1 成形极限曲线

2.6.2 影响板料成形极限的主要因素

2.6.3 复杂应变路径

2.7 小结

第三章 基于成形极限图的简单盒形件多步冲压工艺优化

3.1 引言

3.2 板料多步冲压成形数值模拟的一般过程

3.2.1 几何模型的建立

3.2.2 网格的划分

3.2.3 有限元处理过程

3.2.4 工步间变形历史信息的传递

3.3 简单盒形件冲压成形工艺分析

3.3.1 盒形件拉延成形特点分析

3.3.2 盒形件成形工艺性能分析

3.3.3 数值模拟方案的拟定

3.4 数值模拟及结果分析

3.4.1 各方案模拟结果比较

3.4.2 各模拟方案特定点与危险点应变路径和安全裕度分析

3.4.3 各模拟方案对特定点与危险点减薄率的影响

3.4.4 基于成形极限图的盒形件多步冲压成形研究总结

3.5 小结

第四章 后地板多步冲压成形模拟

4.1 引言

4.2 后地板成形工艺分析

4.2.1 后地板成形特点

4.2.2 后地板成形工艺

4.2.3 后地板模拟工艺参数的确定

4.2.4 模拟方案的确定

4.3 后地板冲压成形数值模拟及结果分析

4.3.1 后地板有限元模型的建立

4.3.2 后地板数值模拟结果

4.4 实冲结果与模拟结果对比分析

4.4.1 实冲设备与测量方案

4.4.2 实冲结果与模拟结果在外观上的对比

4.4.3 实冲结果与模拟结果在板料厚度变化上的比较

4.5 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文