汽车覆盖件成形模拟及模具设计数字化系统的开发

摘要

随着汽车工业的发展，汽车外观质量的要求越来越高，汽车的换型时间越来越短。这就要求重视影响覆盖件的成形因素，提高覆盖件的成形质量，缩短覆盖件模具的开发时间。 覆盖件主要通过拉深、切边、冲孔、翻边等工艺成形，其中拉深工艺是获得合格覆盖件的关键所在。合理的制定拉深成形工艺及设计拉深成形模具是提高覆盖件成形质量的有效措施。因此本文对覆盖件拉深成形过程的研究具有广泛的适用价值和重要的理论意义。 随着计算机软硬件技术、有限元方法及计算机图形学等学科的迅猛发展，基于数值模拟的计算机辅助工程技术在金属塑性成形领域已得到广泛应用，实现了对金属塑性成形过程的计算机仿真。应用三维有限元数值模拟技术研究板料拉深，弯曲等成形工艺，获得变形过程中金属的流动规律和构建内部应力应变分布等已成为指导工艺和模具设计的有力工具。近年来，以数值模拟等先进方法解决工业生产中的实际问题已成为金属成形技术的发展方向。本文采用计算机数值模拟的方法，对汽车覆盖件的拉深成形工艺及其关键技术进行了研究。 本文采用理论分析和有限元模拟技术相结合的方法，将CAD软件Pro/E、板料成形模拟软件DYNAFORM结合起来，进行分析和研究。建立了汽车覆盖件的三维模型，完成了有限元分析过程。在建模过程中，利用CAE软件中的DFE模块对覆盖件模具进行模面设计；采用快速设置的方式对模拟过程中的各个参数进行定义；对发动机后盖板拉深成形进行数值模拟，得到了覆盖件类零件成形过程的变形规律和影响因素，改善了工艺方案，改进了模具设计。以板料成形过程中的真实流动规律和变形力学特征，作为工艺参数分析和模具结构优化的参考，降低设计费用和时间，提高设计的精度和可靠性，最终形成一套可靠的数值仿真分析方案。并且总结了使用这些软件建立模型和进行有关分析工作的规范化步骤，提高工作效率，获得有益于工程实际的结论。 本文采用参数化模板技术对汽车覆盖件拉深模具进行二次开发，通过对覆盖件模具结构特征的分析，将汽车覆盖件模具划分为三个模块。并将每个模块划分为两个子模块：通用模块和专用型面模块，利用CAD设计的参数化技术，对汽车覆盖件模具的通用模块进行模板化设计，将模板的主要尺寸设置为参数，并利用关系式使各个参数关联，用主要参数来驱动其他参数。并对专业型面进行了设计。在设计覆盖件模具时，通用模块的设计可以采用改变模板参数的方法，缩短模具设计时间，减少了重复设计过程，提高了设计效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题的研究背景

1.2汽车覆盖件的特点和要求

1.2.1汽车覆盖件的特点

1.2.2汽车覆盖件的要求

1.3课题的研究方法

1.4课题的论述展开

第二章 弹塑性有限元基本理论与实现

2.1引言

2.2弹塑性有限元方程的建立

2.3弹塑性有限元求解过程

2.4板壳成形单元模型

2.4.1柯西霍夫板壳理论

2.4.2 Mindlin板壳理论

2.5冲压成形有限元分析中接触和摩擦问题的处理

2.5.1接触问题的处理

2.5.2摩擦问题的处理

2.6有限元模拟系统分析

2.6.1有限元模拟系统的组成

2.6.2有限元模拟系统的发展过程

2.7本章小结

第三章 发动机后盖板成形过程有限元模型的建立

3.1引言

3.2数值模拟分析平台的建立

3.2.1传统的模具设计方法

3.2.2基于CAE的模具设计方法

3.3模面设计

3.3.1Pro/e前处理

3.3.2划分网格

3.3.3冲压拉深方向调整

3.3.4创建压料面

3.3.5创建工艺补充

3.3.6裁剪压料面

3.4坯料设计

3.4.1前置处理

3.4.2分析计算

3.5快速设置模拟模型

3.5.1定义工具

3.5.2坯料属性设置

3.5.2定义运动部分载荷

3.5.3拉深筋的设置

3.5.4模具运动过程

3.6本章小结

第四章 发动机后盖板成形过程有限元数值模拟分析

4.1引言

4.2成形过程分析

4.3应力应变分析

4.4工艺力的分析

4.5拉深筋对成形质量的影响

4.6凸凹模间隙的影响

4.7压边力的影响

4.8本章小结

第五章 覆盖件模具模板数字化开发

5.1引言

5.2模板的约束、相关性及尺寸驱动

5.2.1约束

5.2.2相关性

5.2.3尺寸驱动

5.3模板划分及分类

5.3.1模板划分

5.3.2通用模板

5.4覆盖件模具虚拟设计

5.4.1凸凹模型腔设计

5.4.2覆盖件模具模板虚拟设计

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1课题总结

6.2课题的展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及参与修订的专著