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汽车发动机舱内固定梁冲压成形的数值模拟及工艺参数分析

作　者: 邱晓宁
导　师: 刘泓滨
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 有限元法冲压成形数值模拟工艺参数正交实验
分类号: U464
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

汽车整车产品中,覆盖件的市场生命周期最短,变化最频繁。覆盖件具有形状复杂、结构尺寸大、精度高、表面质量要求严格的特点,其工艺补充面、模具设计成为整车开发中的一个“瓶颈”。采用数值模拟技术对汽车覆盖件的成形过程及制成品进行分析具有重要的理论研究意义和实用价值。它能对产品金属成形过程进行全面的分析,可有效获得材料变形力学方面的详细信息,实现了成形过程数字化,能提前进行成形质量评估、缺陷和损伤预测,大大节约了调试时间和实验费用。汽车发动机舱内固定梁是非轴对称高拉延件,属于深拉延成形,其成形高度尺寸大于宽向尺寸,毛坯周边的变形分布极不均匀。生产中对这类零件的工艺设计仍然采用试模法,理论分析严重滞后。从生产中积累的经验知识存在不直观、不系统的缺陷,而成形数值模拟研究可得到直观的动态成形效果显示,其计算结果可指导实际生产,降低废品率,提高模具使用寿命。本文的主要研究工作包括：(1)系统阐述了车身覆盖件冲压成形仿真非线性有限元理论,讨论了仿真中冲压的三种材料模型,并在参考有关文献的基础上给出了Hill和Barlat模型的增量型弹塑性本构关系的显式表达及求解；阐述了适合于冲压仿真的BT壳单元理论和接触及摩擦问题的处理等。(2)研究了车身覆盖件冲压成形仿真建模的关键问题,包括模具型面的设计、拉延筋的处理、压边圈的处理和压边力的计算,冲压速度的确定等。(3)详细介绍了DYNAFORM软件的分析模块,和工作流程。利用DYNAFORM软件对一汽红塔云南汽车制造有限公司生产的发动机舱内固定梁有限元模型进行制件成形性、可能出现的缺陷进行了预测,使技术人员更直观的对其成形进行了解。(4)针对该固定梁在实际生产当中出现的起皱和拉裂的质量问题,基于建立的汽车发动机舱内固定梁有限元模型,运用正交实验的方法,对拉延筋高度、压边力大小、虚拟凸模冲压速度、凸凹模间隙四个参数进行了优化组合,得出了这些因素对制件成形的影响大小,压边力>冲压速度>拉伸筋高度>凸凹模间隙度。同时具体分析了虚拟凸模速度、压边力大小以及拉伸筋高度对固定梁成形质量的影响。最后选取优化后的工艺参数进行了仿真,得到了质量很好的制件,与实际生产的零件进行了对比分析,最终确定这些优化的工艺参数对实际生产具有指导意义。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章引言  11-24
  1.1 板料成形概述  11-13
  1.2 金属塑性成形分析方法  13-15
  1.3 板料成形有限元分析方法综述  15-18
  1.4 板料成形有限元模拟国内外研究概况  18-20
  1.5 板料成形数值模拟在汽车工业中的应用  20-22
  1.6 研究背景及内容  22-24
    1.6.1 研究背景  22
    1.6.2 研究内容  22-23
    1.6.3 预期研究成果  23-24
第二章板料冲压成形理论基础  24-34
  2.1 冲压成形的基本原理  24
  2.2 冲压成形时板料的应力应变状态  24-26
  2.3 影响材料成形性能的因素  26-27
  2.4 板料成形的力学基础  27-31
    2.4.1 板料成形中的应力应变分析  27-28
    2.4.2 真实应力—应变曲线  28-29
    2.4.3 塑性变形基本屈服准则  29-31
  2.5 板料成形中的主要缺陷  31-33
    2.5.1 起皱  31-32
    2.5.2 破裂  32
    2.5.3 回弹  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章板料冲压成形数值模拟理论  34-57
  3.1 有限元求解方法  34-39
    3.1.1 静力隐式积分算法(static implicit algorithm,SI)  34
    3.1.2 动力显式积分算法(dynamic explicit algorithm,DE)  34-38
    3.1.3 弹塑性有限元求解过程  38-39
  3.2 材料的本构关系  39-46
    3.2.1 各向异性屈服准则  39-42
    3.2.2 流动法则  42-43
    3.2.3 本构关系及材料模型  43-46
  3.3 板壳理论及单元类型  46-50
    3.3.1 板壳理论  47
    3.3.2 单元类型  47-50
  3.4 网格划分及自适应技术  50-51
  3.5 接触与摩擦处理  51-53
    3.5.1 接触处理  51-52
    3.5.2 摩擦处理  52-53
  3.6 虚拟冲压速度及虚拟质量  53-54
    3.6.1 虚拟冲压速度  54
    3.6.2 虚拟质量  54
  3.7 成形极限图的概念及作用  54-56
  3.8 本章小结  56-57
第四章板料成形数值模拟分析  57-65
  4.1 研究工具的选择  57-58
  4.2 数值仿真系统的工作流程  58-60
  4.3 覆盖件仿真建模中的关键问题的处理  60-64
    4.3.1 模具型面设计  60-62
    4.3.2 拉延筋的处理  62-63
    4.3.3 压边圈的处理  63-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章汽车发动机舱内固定梁成形的数值模拟  65-72
  5.1 汽车发动机舱内固定梁有限元数值模拟的前处理过程  65-67
    5.1.1 几何模型建立及网格划分  65-66
    5.1.2 材料模型选取及设置  66
    5.1.3 单位设置  66-67
    5.1.4 边界条件设置  67
  5.2 汽车发动机舱内固定梁成形的有限元数值模拟  67-71
  5.3 本章小结  71-72
第六章汽车发动机舱内固定梁成形过程仿真及其工艺优化  72-98
  6.1 正交试验法确定工艺方案  72-76
    6.1.1 正交实验法  72-73
    6.1.2 实验原理  73
    6.1.3 实验方案  73-76
  6.2 仿真计算结果  76-78
  6.3 仿真结果分析  78-94
    6.3.1 压边力分析  78-84
    6.3.2 虚拟凸模速度分析  84-90
    6.3.3 拉延筋高度分析  90-93
    6.3.4 仿真结论  93-94
  6.4 影响拉深破裂的主要因素  94-96
  6.5 仿真结果验证  96
  6.6 本章小结  96-98
第七章结论与展望  98-101
  7.1 结论  98-99
  7.2 进一步的研究方向  99-101
致谢  101-102
参考文献  102-107
附录A 攻读学位期间发表的论文  107

汽车发动机舱内固定梁冲压成形的数值模拟及工艺参数分析

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