汽车覆盖件冲压成形缺陷的仿真分析方法研究

摘要

随着经济与科技的日益发展，为满足人们对汽车不断提高的需求，开发环保、经济和高效的汽车已经成为汽车厂商的主要追求目标。在汽车部件中，冲压件占有很大比例，其开发周期对于整车开发周期影响很大，尤其在前期模具的开发中，由于汽车覆盖件具有尺寸大、材料薄、形面复杂、冲压变量多等特点，在实际工程开发中需要经历大量的试错过程，反复的可行性分析占用了大量开发时间，同时由于目前的成形性分析对工程经验的依赖度很高，也给成形性控制带来了很大的困难。
　　基于上述工程背景，为降低开发成本，提高汽车覆盖件开发效率，本文以广义成形性技术为基础，针对汽车覆盖件冲压成形中的六类成形缺陷（破裂、边部撕裂、皱曲、形状变化、低拉延以及表面柔软缺陷）进行了针对性研究。
　　首先，对六类成形缺陷的产生机理进行了归纳和总结，并系统地介绍了广义成形性技术。其次，详细介绍了冲压成形缺陷仿真分析中的关键方法，包括变形域分析、成形性评估、应变分析、金属流动调节方法以及调节干涉分析方法。其中，变形域分析是通过掌握缺陷区的几何特征来了解应力情况;成形性评估考虑了多种冲压变量的影响，如变形域的几何尺寸、应变路径特点、弯曲模式、缺陷关注区的工作属性（内板、外板、表面等级、是否为装配区或焊接区等），同时参考了工程实际应用情况，通过成形性指数更准确地评价缺陷的严重程度;应变分析通过对平面应变路径、等效应变路径和参考线上的应变分布情况进行分析，获悉成形过程中的应力情况，从而查找缺陷产生的原因;金属流动调节和干涉分析主要通过提供调节参考方向和调节量，辅助工艺方案的调整，控制成形过程中的板材流动，进而消除成形缺陷。然后，借助有限元软件开发平台COMX，将上述仿真分析方法实现为冲压成形缺陷仿真分析系统KMAS|SFT，该系统除针对上述六类缺陷的仿真分析模块外，还开发了系列辅助分析工具，建立了试验数据库，集成了专家经验数据库以使经验数据得以重用，开发了工艺参数优化模块用以提高仿真分析效率。最后，使用KMAS|SFT系统，对一些典型的汽车覆盖件成形缺陷进行了应用分析，如翼子板的破裂和皱曲、侧围的边部撕裂、顶蓬的翘曲等，分析结果表明本文研究方法是有效、可行的，可以提高缺陷仿真分析效率。

目录

声明

摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 汽车冲压工程与产品

1．2 冲压产品成形性研究概况

1．3 本文主要工作与研究内容

2 冲压成形缺陷与广义成形性技术

2．1 冲压成形中的缺陷及其产生机理

2．2 广义成形性技术

2．2．1 理论基础

2．2．2 广义成形性分析

2．3 本章小结

3 冲压成形缺陷仿真分析中的关键方法

3．1 变形域分析

3．1．1 缺陷关注区与变形域的确定

3．1．2 变形域的几何特征分析

3．2 成形性评估

3．2．1 应变评估法

3．2．2 位移评估法

3．3 应变分析

3．3．1 平面应变路径分析

3．3．2 等效应变路径分析

3．3．3 参考线的构建与应变分布分析

3．4 金属流动调节

3．4．1 金属流动调节方向

3．4．2 金属流动调节参考量

3．5 金属流动调节的干涉分析

3．5．1 干涉关系

3．5．2 干涉的量化

3．6 本章小结

4 冲压成形缺陷仿真分析系统的开发

4．1 COMX开发平台

4．2 系统结构与流程

4．3 主要功能与算法

4．3．1 主要函数、算法与辅助分析工具

4．3．2 主窗体界面布置

4．3．3 缺陷仿真分析模块

4．3．4 工艺参数优化功能

4．4 试验数据库的建立

4．4．1 毛刺高度与板材单拉成形极限的关系

4．4．2 2D弯曲变形中的板材厚度与回弹量

4．5 专家经验数据库的集成

4．6 本章小结

5 冲压成形缺陷仿真分析系统的应用

5．1 破裂、皱曲及调节干涉

5．2 考虑毛刺影响的边部撕裂仿真分析

5．3 翘曲分析

5．4 低拉延与表面柔软分析

5．5 工艺参数优化计算

5．6 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

攻读博士学位期间科研项目及科研成果

致谢

作者简介