铝蒙皮件冲压成形数值模拟及回弹补偿的研究

发布时间：2017-04-12 00:05

  本文关键词：铝蒙皮件冲压成形数值模拟及回弹补偿的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速铁路的快速发展实现了人们对长距离、长时间、连续高速运行的需求,给人们的出行带来很多便利。铝合金由于其具有密度低、比强度和比刚度高、抗冲击性和耐腐蚀好等优点,已经成为部分地铁列车和高速列车车体结构的主要材料之一,除了CRH1动车组,国内高速动车组都是以铝合金为主要材料。铝型材的广泛使用成为推动高速动车组快速发展的好帮手。但受材料自身结构限制,铝合金件在冲压成形过程中容易产生变形不足、起皱、拉裂、回弹大等缺陷,这些缺陷加大了对铝合金零件的成形质量控制以及模具设计的难度,制约了铝合金件在实际生产中的应用。因此,利用有限元数值模拟方法研究铝合金件的冲压成形过程,探索适合铝合金材料的冲压成形及回弹规律,对于改善铝合金件的成形质量以及进行冲压模具设计具有非常重要的意义。本文结合实际生产实例,以时速350 km的中国标准动车组的车身前端三维蒙皮件为研究对象,利用有限元技术对其进行冲压成形数值模拟分析,其结果用于指导实际生产过程。对于三维蒙皮件而言,由于其板料较厚且空间扭曲严重,导致零件成形后回弹大,轮廓尺寸精度差。回弹是蒙皮件生产的难点问题,本文将从工艺控制和模具补偿两方面改善其回弹缺陷。首先,介绍有限元数值模拟相关理论,确定材料本构关系、单元类型以及数值模拟算法等;基于产品特点以及相关理论,建立数值模拟分析的有限元模型。其次,分析了各成形参数对成形质量及回弹的影响并得出规律,基于影响规律实现对蒙皮件成形工艺的优化。分别研究了拉延筋、压边力、模具间隙、摩擦系数、凹模圆角对蒙皮件冲压成形结果及回弹的影响。模拟结果表明:拉延筋对蒙皮件的成形结果影响较大,添加拉延筋可以增大材料流动阻力,保证板料各部分均得到充分拉延,蒙皮件整体成形性好;增大压边力有利于减小蒙皮件回弹,但是当压边力过大时零件将产生拉裂缺陷;在保证零件不产生破裂等缺陷的情况下,模具间隙越小,卸载后蒙皮件的回弹量越小,但是过小的模具间隙容易使板料减薄严重;摩擦系数越大,蒙皮件回弹越小,但会降低零件表面的成形质量;另外,较小的凹模圆角有利于控制蒙皮件的回弹,但凹模圆角太小会使模具磨损严重,降低模具使用寿命。最后,通过回弹补偿对蒙皮件模具型面进行修正,输出最终修正后的模具型面用于实际模具设计制造。根据蒙皮件回弹结果在相应节点位置对模具进行补偿系数为1的型面修正,利用补偿后的模具型面重新进行回弹计算,最终得到了回弹量小于1mm的蒙皮件;输出补偿后的模具型面加工实际冲压模具并进行生产验证,生产结果表明蒙皮件成形质量好,轮廓精度满足生产要求。为企业制定合理的铝蒙皮件冲压工艺及模具设计提供了重要的理论指导。
【关键词】：铝蒙皮件 冲压成形 工艺参数 数值模拟 回弹 模具补偿
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U270.6;TG386
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 引言13-14
• 1.2 动车组用铝合金概述14-16
• 1.3 铝合金板的成形工艺16-17
• 1.3.1 冲压成形16
• 1.3.2 温成形技术16-17
• 1.3.3 液压成形技术17
• 1.3.4 新型车用铝合金板成形技术17
• 1.4 板料冲压成形缺陷分析17-22
• 1.4.1 起皱18
• 1.4.2 拉裂18-19
• 1.4.3 回弹19-20
• 1.4.4 缺陷预测技术20-22
• 1.5 板料冲压成形及回弹控制研究现状22-24
• 1.5.1 板料成形数值模拟研究现状22-23
• 1.5.2 回弹控制的研究现状23-24
• 1.6 选题意义及主要研究内容24-27
• 1.6.1 本文选题的意义24-25
• 1.6.2 本文的主要研究内容25-27
• 第2章 冲压成形的有限元仿真理论27-41
• 2.1 引言27
• 2.2 本构关系27-34
• 2.2.1 本构方程27-30
• 2.2.2 屈服准则30-32
• 2.2.3 硬化准则32-34
• 2.2.4 流动法则34
• 2.3 单元模型34-35
• 2.3.1 薄膜单元34-35
• 2.3.2 实体单元35
• 2.3.3 壳单元35
• 2.4 有限元分析中的接触与摩擦问题35-37
• 2.4.1 接触36
• 2.4.2 摩擦36-37
• 2.5 有限元理论37-39
• 2.5.1 静态隐式算法37-38
• 2.5.2 一步成形法38-39
• 2.6 小结39-41
• 第3章 蒙皮件冲压成形性数值模拟分析的前置处理41-57
• 3.1 引言41
• 3.2 蒙皮件产品特点及成形工艺方案41-45
• 3.2.1 蒙皮件产品特点42-43
• 3.2.2 蒙皮件成形难点43-44
• 3.2.3 成形工艺方案的确定44-45
• 3.3 蒙皮件的模面工程45-50
• 3.3.1 零件准备45-46
• 3.3.2 确定冲压方向46-47
• 3.3.3 压料面设计47-48
• 3.3.4 创建工艺补充面48-49
• 3.3.5 毛坯尺寸的确定49-50
• 3.4 模拟前处理50-55
• 3.4.1 Al5083-H111材料力学性能50-53
• 3.4.2 网格划分53-54
• 3.4.3 模具定位54
• 3.4.4 工序设置54-55
• 3.5 小结55-57
• 第4章 蒙皮件成形质量及回弹影响因素研究57-85
• 4.1 引言57
• 4.2 蒙皮件初步成形数值模拟分析57-66
• 4.2.1 蒙皮件成形质量及回弹评价标准57-59
• 4.2.2 无拉延筋时蒙皮件数值模拟结果分析59-62
• 4.2.3 有拉延筋时蒙皮件数值模拟结果分析62-66
• 4.3 压边力对蒙皮件成形质量及回弹的影响66-70
• 4.3.1 压边力对成形质量的影响66-69
• 4.3.2 压边力对回弹的影响69-70
• 4.4 模具间隙对蒙皮件成形质量及回弹的影响70-74
• 4.4.1 模具间隙对成形质量的影响70-73
• 4.4.2 模具间隙对回弹的影响73-74
• 4.5 摩擦系数对蒙皮件成形质量及回弹的影响74-78
• 4.5.1 摩擦系数对成形质量的影响74-77
• 4.5.2 摩擦系数对回弹的影响77-78
• 4.6 凹模圆角对蒙皮件成形质量及回弹的影响78-82
• 4.6.1 凹模圆角对成形质量的影响78-81
• 4.6.2 凹模圆角对回弹的影响81-82
• 4.7 小结82-85
• 第5章 基于数值模拟的模具型面回弹补偿85-101
• 5.1 引言85
• 5.2 板料回弹理论及分析85-89
• 5.2.1 回弹机理85
• 5.2.2 板料成形及回弹的应力分析85-88
• 5.2.3 回弹数值模拟方法88-89
• 5.3 模具型面补偿原理89-92
• 5.4 基于模具型面补偿的蒙皮件回弹控制92-94
• 5.5 蒙皮件模具开发94-97
• 5.5.1 蒙皮件成形模具设计94-96
• 5.5.2 蒙皮件成形模具特点96-97
• 5.6 验证97-99
• 5.7 小结99-101
• 第6章 结论101-103
• 参考文献103-109
• 致谢109

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 何广忠;刘长青;;动车组铝合金车体材料的发展与选型分析[J];焊接;2015年01期

2 ;中国铁路总公司启动中国标准动车组研制工作[J];中国铁路;2014年09期

3 胡志超;李延平;常勇;王沁峰;李毅;;基于数值模拟的板料冲压成形回弹补偿方法[J];锻压技术;2012年02期

4 王强;;铝合金车身覆盖件回弹控制关键技术[J];科技传播;2012年05期

5 张飞飞;陈R际，

本文编号：300252