乘用车高强板地板中通道的冲压成形分析与回弹优化控制

摘要

本文结合与硕士工作站联合承担的科技部创新基金项目（编号:12C26213202181）:“基于回弹补偿的乘用车高强板底梁精密模具的开发”，以某轿车上的高强板覆盖件—地板中通道为研究对象，对其结构特点进行分析，由此制定出完整的冲压工艺流程，即拉延—修边冲孔—翻边—侧整形—侧冲孔。 运用板料成形CAE数值模拟技术，在DynaForm软件中，通过设置对应工序的工艺参数和模具几何参数，完成地板中通道整个冲压成形过程的仿真分析，重点分析了拉延过程，包括其中冲压方向的选择、压料面的设计、工艺补充面的设计及拉延筋的设计等，并针对拉延过程中产生的破裂，起皱的现象，采取调整成形工艺参数、适当的修改模具几何参数等措施，较好的克服了起皱，过度减薄、破裂等成形缺陷。 研究板料回弹的力学机理，利用DynaForm中的Springback模块对地板中通道的回弹进行有限元仿真，分析仿真结果。为了控制地板中通道在成形过程中产生的回弹，文中通过合理调整压边力、模具间隙、摩擦系数、冲压速度等工艺参数，并对模具几何型面进行适当的修模，即采用工艺控制和回弹补偿二者相结合的方法，有效的减小了试件的回弹量，但是并没有将回弹量控制在最小值。因此，在分析了影响板料回弹的一些主要因素后，选取具有代表性的压边力、摩擦系数以及冲压速度作为正交试验的因素水平，对地板中通道的回弹进行了正交优化分析，找出了将回弹量控制在最小值的最优参数组合。 运用数理统计的方法，对正交优化的结果进行方差分析、极差分析以及显著性分析，获得了回弹角随着各因素水平变化的规律、三个因素对板料回弹的影响程度，并由此得知，地板中通道在进行翻边、整形工序时，冲压速度和压边力是需要重点考虑的工艺参数。这给类似形状复杂的汽车高强板覆盖件在多工序成形过程中的回弹控制提供了有力的参考与依据，有助于提高企业的产品合格率，具有较大的经济价值。 利用企业现有的冲压设备，按照数值模拟的最优工艺参数组合与模具几何参数进行实冲试验，将数值模拟的结果与得到的实验数据对比，发现两者基本吻合，验证了数值模拟结果的精确性，进而说明对正交优化优化结果的分析是可信的，得出的结论可靠的。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 汽车覆盖件制造技术综述

1．1．1 汽车覆盖件冲压技术在整个汽车制造中的重要性

1．1．2 汽车覆盖件冲压成形的特点

1．2 高强度钢及其冲压成形特点

1．2．1 高强度钢的定义与分类

1．2．2 高强度钢板的冲压成形特点

1．3 高强度钢板在汽车上的应用与研究概况

1．3．1 汽车轻量化技术

1．3．2 高强度钢板在汽车制造中的应用

1．3．3 高强度钢板冲压成形技术的研究

1．4 课题来源与研究意义

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究意义

1．5 本文的主要研究内容

1．6 本章小结

第二章 汽车覆盖件冲压成形及其数值模拟的基本理论与关键技术

2．1 引言

2．2 板料冲压成形的研究方法

2．2．1 实验分析法

2．2．2 经典理论分析法

2．2．3 有限元数值模拟法

2．3 影响板料成形的主要因素

2．7．1 材料性能参数对成形的影响

2．7．2 工艺参数对成形的影响

2．4 板料冲压成形主要缺陷分析

2．4．1 起皱

2．4．2 破裂

2．4．3 回弹

2．5 冲压成形数值模拟的基本理论

2．5．1 有限元算法

2．5．2 板料塑性变形的屈服准则

2．5．3 板料成形有限元单元类型与自适应网格划分技术

2．5．4 板料冲压成形数值模拟中接触与摩擦的处理

2．5．5 成形极限图FLD(Forming Limit Diagram)

2．6 回弹的力学机理

2．6．1 弯曲过程的应力分析

2．6．2 弯曲时的回弹

2．7 影响板料回弹的因素

2．8 回弹的控制方法

2．9 板料成形CAE软件DynaForm概述

2．10 本章小结

第三章 地板中通道的冲压成形数值模拟

3．1 引言

3．2 试件的结构特点分析与冲压工艺设计

3．2．1 试件的成形质量要求

3．2．2 地板中通道的结构特点分析

3．2．3 地板中通道冲压工艺流程分析

3．2．4 地板中通道拉延工艺的设计

3．3 地板中通道多工序的数值模拟

3．3．1 地板中通道拉延工序的数值模拟

3．3．2 地板中通道修边工序的数值模拟

3．3．3 地板中通道翻边工序的数值模拟

3．3．4 地板中通道侧整形工序的数值模拟

3．4 本章小结

第四章 地板中通道冲压成形中的回弹控制

4．1 回弹的数值模拟方法

4．2 回弹数值模拟的常用软件

4．3 地板中通道回弹的数值模拟

4．3．1 回弹模拟的具体操作步骤设置

4．3．2 回弹的结果分析

4．3．3 回弹的几何补偿

4．4 回弹的主次因分析

4．5 地板中通道回弹的正交优化分析

4．5．1 正交试验概述

4．5．2 正交试验的设计及参数优化

4．5．3 试验结果分析

4．6 地板中通道的实冲试验

4．6．1 试验条件

4．6．2 试件的质量检测

4．6．3 回弹角度的计算

4．7 本章小结

第五章 工作总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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