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汽车转向柱上支架拉深模型面设计及冲压工艺仿真研究

作 者: 叶勇
导 师: 李名尧;王金彦
学 校:
专 业: 材料加工工程
关键词: 充液拉深 拉深模设计 汽车覆盖件 数值模拟 液室压力
分类号: U466
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 2次
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内容摘要


车身不仅是汽车的重要组成部分,也是引起人们消费欲望的第一要素,而汽车覆盖件质量是影响车身质量的重要因素,所以使得板材冲压成形理论和成形技术的研究不断深化。由于汽车覆盖件结构复杂,曲面较多,成形质量高,变形复杂且变形规律难以把握,影响质量问题的原因错综复杂,很难定量地给出工艺设计和模具设计的参数值,设计人员要大量地依靠设计经验进行设计工作。本文以汽车转向柱上支架为例,针对汽车覆盖件冲压成形过程中出现的起皱、破裂及成形不足等缺陷,以LS-DYNA3D为内核的动力显式分析软件ETA/Dynaform5.7为工具,对该零件传统冲压以及充液拉深成形过程的影响规律进行了研究。根据汽车转向柱的零件特点、冲压工艺,设计出拉深模型面,在此基础上建立起有限元模拟分析的模具模型。对于普通拉深,主要研究工艺参数如压边力、摩擦条件、拉深筋及坯料形状尺寸对成形的影响,通过调整工艺参数,得到优化的冲压工艺,达到产品的质量要求,并利用上海交运集团的冲压设备进行实验,验证了数值模拟结果的可靠性。由于该零件极难成形,首先研究其钢制件的模具设计及冲压工艺,进一步根据汽车轻量化的发展趋势,探索该零件铝制件的充液拉深成形工艺,主要研究了液室压力的加载路径对其成形性能的影响。在研究汽车覆盖件冲压成形仿真理论以及CAE数值模拟仿真技术的基础上,由于工艺补充面和压料面设计是否合理是决定零件能否顺利拉深成形和制得合格产品的关键因素,所以本文工作的重点在于设计汽车转向柱上支架普通拉深以及充液拉深的模具型面。在充液拉深成形过程中,液室压力的加载方式对成形的影响规律十分复杂,这也是本文研究的难点,以零件的成形极限图和最终壁厚分布为评价标准,分析其对汽车转向柱成形性的影响规律,研究不同的加载路径对铝合金制件成形的影响,通过反复模拟,得到最佳的加载路径。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-23
  1.1 引言  11-12
  1.2 板材充液拉深的成形原理  12-14
  1.3 板材充液拉深国内外发展状况  14-19
    1.3.1 国外发展状况  14-17
    1.3.2 国内发展状况  17-19
  1.4 汽车覆盖件冲压成形仿真技术  19-21
    1.4.1 汽车覆盖件模具仿真冲压技术的应用现状  19-20
    1.4.2 汽车覆盖件冲压仿真领域的关键技术  20-21
  1.5 本文研究的主要内容  21-23
第二章 板材成形数值模拟仿真理论分析  23-39
  2.1 板料成形有限元方程的求解方法  23-25
    2.1.1 静力隐式格式  23-24
    2.1.2 动力显式格式  24-25
  2.2 弹塑性应力应变关系  25-27
    2.2.1 弹性变形应力应变关系  25-27
    2.2.2 弹塑性变形应力应变关系  27
  2.3 板材仿真冲压技术的材料模型  27-30
    2.3.1 刚体材料模型  28
    2.3.2 弹塑性材料模型  28-30
  2.4 板材冲压仿真技术的屈服准则  30-33
    2.4.1 TRESCA 屈服准则  30-31
    2.4.2 MISES屈服准则  31
    2.4.3 HILL 屈服准则  31-32
    2.4.4 BARLAT 屈服准则  32-33
  2.5 单元技术  33-34
    2.5.1 单元种类  33
    2.5.2 单元划分技术  33-34
    2.5.3 网格自适应优化方法  34
  2.6 接触与搜索算法  34-36
    2.6.1 接触判断的方法  35
    2.6.2 接触算法  35-36
  2.7 成形缺陷判断标准  36-38
    2.7.1 成形极限图  36-37
    2.7.2 最大减薄率  37-38
  2.8 本章小结  38-39
第三章 铝合金板材充液拉深的数值模拟  39-51
  3.1 圆筒件充液拉深  39-41
    3.1.1 模型的建立  39-40
    3.1.2 液室压力加载的模拟设计  40-41
  3.2 材料成形性能的影响因素  41-42
    3.2.1 厚向异性系数 R  41-42
    3.2.2 应变强化指数 N  42
    3.2.3 屈服极限ΣS和屈强比Σ_S/Σ_B  42
  3.3 模具参数对成形的影响  42-45
    3.3.1 凹模圆角半径 R_D  43-44
    3.3.2 凸凹模间隙 C  44-45
  3.4 成形中工艺参数的影响分析  45-50
    3.4.1 冲压速度  45-46
    3.4.2 摩擦条件  46-47
    3.4.3 液室压力  47-50
  3.5 本章小结  50-51
第四章 汽车转向柱上支架冲压成形数值模拟分析  51-72
  4.1 汽车转向柱上支架冲压成形有限元分析流程  51-53
  4.2 汽车转向柱上支架冲压仿真分析  53-57
    4.2.1 初步工艺分析  53-54
    4.2.2 冲压方向的选定  54-55
    4.2.3 压料面及工艺补充面的设计  55-57
  4.3 数值模拟实验研究  57-63
    4.3.1 有限元建模  57-59
    4.3.2 坯料形状设计  59-61
    4.3.3 成形工艺参数的确定  61
    4.3.4 坯料参数设置  61
    4.3.5 模具参数设置  61-62
    4.3.6 提交分析设置  62-63
  4.4 工艺参数优化设计  63-70
    4.4.1 压边力的分析和优化  63-66
    4.4.2 拉深筋对成形的影响分析  66-70
  4.5 模拟结果分析  70-71
  4.6 本章小结  71-72
第五章 汽车转向柱上支架冲压成形的实验研究  72-78
  5.1 汽车转向柱上支架冲压成形的实验研究  72-77
    5.1.1 实验条件  72-74
    5.1.2 压边力对零件成形性的影响  74-75
    5.1.3 拉深筋对零件成形的影响  75-77
  5.2 本章小结  77-78
第六章 汽车转向柱上支架充液拉深的数值模拟研究  78-86
  6.1 汽车转向柱上支架充液拉深的数值模拟  78-84
    6.1.1 模型的建立  78-80
    6.1.2 充液拉深液室加载曲线设计  80-81
    6.1.3 液室加载路径分析  81-84
  6.2 模拟结果的对比分析  84-85
    6.2.1 成形极限图分析  84
    6.2.2 厚度分布图分析  84-85
  6.3 本章小结  85-86
第七章 总结和展望  86-88
  7.1 全文工作总结  86-87
  7.2 工作展望  87-88
参考文献  88-93
攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果  93-94
致谢  94-95

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车制造工艺
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