某乘用车整体式前地板冲压成形回弹控制方法研究
发布时间：2021-11-25 14:50
金属板材冲压成形工艺是一种金属压力加工方法,因其具有生产效率高、材料利用率高、成形质量好等优点,已被广泛的应用于包括汽车制造业在内的各种工业领域。金属材料属于弹塑性材料,其冲压成形过程是复杂的弹塑性变形过程,因此在成形过程中容易出现起皱、开裂和回弹等多种成形缺陷。随着人们对板料冲压成形缺陷问题研究的不断深入,起皱和开裂问题已经逐步得到解决与深化,人们开始愈发重点关注冲压零件的成形回弹控制问题。整体式前地板零件作为典型的乘用车内覆盖件,因其具有尺寸大、厚度薄、中通道高等结构特点,极易出现成形质量缺陷,而其中回弹缺陷尤为突出,能否将其回弹量控制在合理范围内将直接影响后续装配精度及整车质量。本文针对某乘用车整体式前地板零件的冲压成形回弹问题,重点研究零件的成形回弹控制方法,主要研究工作如下:（1）通过对前地板零件进行结构分析,理清其冲压成形难点,初步确定了回弹问题是该零件成形的主要缺陷之一,具体分析了三种零件可能的成形回弹形式:角度回弹、中通道侧壁卷曲回弹和零件整体扭转回弹。（2）利用原始数据和有限元数值模拟技术,初步模拟分析了前地板零件的冲压成形过程,发现成形后零件无起皱和开裂等缺陷,但其...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
成形回弹模拟方法
2板料冲压成形数值模拟与回弹理论11和分别是两个未定量。②动力显示算法动力显示算法与静力显示算法不同，它无需在一个增量步反复迭代，所以无收敛问题，求解效率比较高。动力显示算法算把回弹问题视为自由振动问题来解决，但实际的操作难度较大，求解回弹成本较高，其使用动力显示中心差分格式进行计算，位移、速度和加速度应满足如下关系：2112tauuuiiii（5.3）tuuviii211（5.4）③综合算法在实际的成形及回弹数值模拟中，动力显式算法板料在成形加载时不需要迭代计算，所以不用担心收敛问题，计算效率高，但其对卸载后的回弹计算不理想，而且回弹分析时间较长。如果采用综合算法，即在回弹问题上采用静力平衡迭代法，用成形的最后增量步算出节点等效应力，再使用静力隐式算法对回弹进行求解，则总体计算效率较高。所以目前的许多有限元数值模拟软件都是采用成形动力显示—回弹静力隐式这种混合算法。2.3回弹产生的机理2.3.1回弹的微观机理从微观上来讲，金属材料的塑性变形主要是由晶体的晶间变形和晶内变形（比如滑移）造成的。在一定外应力的作用下，如图2.2a所示的正常金属晶体发生弹性畸变（如图2.2b）；当外应力达到一定的临界值s时，晶体开始产生滑移（如图2.2c）；若将外力撤走，晶体内部将寻求应力自相平衡，一部分会发生永久变形，还有一部分会发生弹性回复（即回弹，如图2.2d）。图2.2所示为晶体在外应力作用下产生变形以及回复的全过程。（a）正常金属晶体；（b）弹性畸变晶体；（c）晶体滑移；（d）晶体永久变形和弹性回复图2.2晶体在外应力作用下的变形和回复Fig.2.2Deformationandrecoveryofcrystalunderexternalstress
重庆大学硕士学位论文122.3.2回弹的力学机理图2.3所示为某弹塑性金属材料简单的单向拉伸加、卸载应力-应变曲线。如OA段所示，金属材料在外力的作用下首先发生弹性变形，该阶段满足胡克定律，若此时发生应力卸载，会发现材料的卸载路径与加载路径完全相同，材料变形完全消失；当材料所受应力超过材料的屈服极限s后，材料开始产生塑性变形（AC段），若在塑性变形阶段发生应力卸载，会发现材料的卸载路径（BD、CE段）几本平行于弹性加载路径（OA段），由此可见弹塑性材料的总应变应由塑性应变和弹性应变组成。通过以上对弹塑性材料的加、卸载路径分析可知，如果弹塑性材料处于弹性变形阶段，则在外力卸载后，材料会回复为变形前的状态，可以认为此时的回弹率%100；如果弹塑性材料已经处于塑性变形阶段，那么在外力卸载后，弹性应变部分会因弹性回复而消失，但塑性变形部分将被永久保留下来，此时的的回弹率则为epe。综上所述，板料冲压成形回弹主要由两部分组成：一是弹性变形的弹性回复，二是塑性变形中弹性应变部分的弹性回复。所以弹塑性材料的回弹现象是无法避免的，只能控制，不能消除。图2.3简单单向拉伸加、卸载应力-应变曲线Fig.2.3Simpleuniaxialtensionloadingandunloadingstress-straincurve在实际的车身覆盖件冲压成形过程中，板料受到模具作用发生变形，这种变形包含了弹性变形和塑性变形，制件在脱模以后，其弹性变形和塑性变形区弹性应变部分必然会发生回复现象，从而使成形后的制件发生与成形方向相反的变形，
【参考文献】：
期刊论文
[1]2mm工程在白车身尺寸控制中的应用[J]. 王刚毅. 现代商贸工业. 2016(30)
[2]响应面法在试验设计与优化中的应用[J]. 李莉,张赛,何强,胡学斌. 实验室研究与探索. 2015(08)
[3]基于响应面法的DP800高强钢冲压回弹工艺参数优化[J]. 阮光明. 锻压技术. 2015(04)
[4]基于ANSYS-Workbench的转子模态分析[J]. 王林军,曹慧萍. 三峡大学学报(自然科学版). 2014(06)
[5]基于几何补偿的高强板汽车覆盖件回弹优化控制[J]. 李惠龙,陈靖芯,朱其昌,李红,万训保. 机电产品开发与创新. 2013(06)
[6]汽车冲压新技术与传统冲压技术对比[J]. 章爽滨,邢维光,龙福贵. 模具制造. 2013(06)
[7]基于CAE/CAD/CAM的汽车冲压模具协同开发[J]. 李再参,杨春茂. 机电产品开发与创新. 2013(02)
[8]冲压成形全过程模拟与回弹补偿研究[J]. 谢晖,陈亚柯,潘鑫,王晨磊. 热加工工艺. 2013(01)
[9]基于正交试验的车身覆盖件冲压成形回弹分析[J]. 王宁,梅自元,周长国. 机械设计与制造. 2008(10)
[10]模态分析方法综述[J]. 梁君,赵登峰. 现代制造工程. 2006(08)
博士论文
[1]高强度钢板扭曲回弹特性及控制方法研究[D]. 吴磊.湖南大学 2010
硕士论文
[1]低辐射噪声油底壳形貌优化设计[D]. 王振超.中北大学 2017
[2]基于Pam-stamp的轨道车辆车体侧立柱冲压成形仿真研究[D]. 马东.吉林大学 2014
[3]基于AUTOFORM轿车行李箱内板成形工艺优化及模具设计[D]. 罗慧娜.湘潭大学 2014
[4]车身梁类件冲压回弹分析及控制研究[D]. 刘雁冰.重庆理工大学 2014
[5]车身外板件冲压回弹工艺控制与补偿技术研究[D]. 潘志红.湖南大学 2012
[6]基于仿真的S形轨道件冲压成形回弹研究与参数优化[D]. 程磊.南京理工大学 2011
[7]应用CAE技术对汽车覆盖件模具进行优化设计[D]. 张正法.新疆大学 2009
[8]基于人工智能的冲压件复合参数数值优化技术研究与应用[D]. 龙仕彰.浙江大学 2007
[9]板料冲压成形的回弹研究及其在工程上的应用[D]. 聂昕.湖南大学 2006
[10]薄板冲压回弹试验研究及数值模拟对比分析[D]. 刘克进.湖南大学 2004
本文编号：3518358
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
成形回弹模拟方法
2板料冲压成形数值模拟与回弹理论11和分别是两个未定量。②动力显示算法动力显示算法与静力显示算法不同，它无需在一个增量步反复迭代，所以无收敛问题，求解效率比较高。动力显示算法算把回弹问题视为自由振动问题来解决，但实际的操作难度较大，求解回弹成本较高，其使用动力显示中心差分格式进行计算，位移、速度和加速度应满足如下关系：2112tauuuiiii（5.3）tuuviii211（5.4）③综合算法在实际的成形及回弹数值模拟中，动力显式算法板料在成形加载时不需要迭代计算，所以不用担心收敛问题，计算效率高，但其对卸载后的回弹计算不理想，而且回弹分析时间较长。如果采用综合算法，即在回弹问题上采用静力平衡迭代法，用成形的最后增量步算出节点等效应力，再使用静力隐式算法对回弹进行求解，则总体计算效率较高。所以目前的许多有限元数值模拟软件都是采用成形动力显示—回弹静力隐式这种混合算法。2.3回弹产生的机理2.3.1回弹的微观机理从微观上来讲，金属材料的塑性变形主要是由晶体的晶间变形和晶内变形（比如滑移）造成的。在一定外应力的作用下，如图2.2a所示的正常金属晶体发生弹性畸变（如图2.2b）；当外应力达到一定的临界值s时，晶体开始产生滑移（如图2.2c）；若将外力撤走，晶体内部将寻求应力自相平衡，一部分会发生永久变形，还有一部分会发生弹性回复（即回弹，如图2.2d）。图2.2所示为晶体在外应力作用下产生变形以及回复的全过程。（a）正常金属晶体；（b）弹性畸变晶体；（c）晶体滑移；（d）晶体永久变形和弹性回复图2.2晶体在外应力作用下的变形和回复Fig.2.2Deformationandrecoveryofcrystalunderexternalstress
重庆大学硕士学位论文122.3.2回弹的力学机理图2.3所示为某弹塑性金属材料简单的单向拉伸加、卸载应力-应变曲线。如OA段所示，金属材料在外力的作用下首先发生弹性变形，该阶段满足胡克定律，若此时发生应力卸载，会发现材料的卸载路径与加载路径完全相同，材料变形完全消失；当材料所受应力超过材料的屈服极限s后，材料开始产生塑性变形（AC段），若在塑性变形阶段发生应力卸载，会发现材料的卸载路径（BD、CE段）几本平行于弹性加载路径（OA段），由此可见弹塑性材料的总应变应由塑性应变和弹性应变组成。通过以上对弹塑性材料的加、卸载路径分析可知，如果弹塑性材料处于弹性变形阶段，则在外力卸载后，材料会回复为变形前的状态，可以认为此时的回弹率%100；如果弹塑性材料已经处于塑性变形阶段，那么在外力卸载后，弹性应变部分会因弹性回复而消失，但塑性变形部分将被永久保留下来，此时的的回弹率则为epe。综上所述，板料冲压成形回弹主要由两部分组成：一是弹性变形的弹性回复，二是塑性变形中弹性应变部分的弹性回复。所以弹塑性材料的回弹现象是无法避免的，只能控制，不能消除。图2.3简单单向拉伸加、卸载应力-应变曲线Fig.2.3Simpleuniaxialtensionloadingandunloadingstress-straincurve在实际的车身覆盖件冲压成形过程中，板料受到模具作用发生变形，这种变形包含了弹性变形和塑性变形，制件在脱模以后，其弹性变形和塑性变形区弹性应变部分必然会发生回复现象，从而使成形后的制件发生与成形方向相反的变形，
【参考文献】：
期刊论文
[1]2mm工程在白车身尺寸控制中的应用[J]. 王刚毅. 现代商贸工业. 2016(30)
[2]响应面法在试验设计与优化中的应用[J]. 李莉,张赛,何强,胡学斌. 实验室研究与探索. 2015(08)
[3]基于响应面法的DP800高强钢冲压回弹工艺参数优化[J]. 阮光明. 锻压技术. 2015(04)
[4]基于ANSYS-Workbench的转子模态分析[J]. 王林军,曹慧萍. 三峡大学学报(自然科学版). 2014(06)
[5]基于几何补偿的高强板汽车覆盖件回弹优化控制[J]. 李惠龙,陈靖芯,朱其昌,李红,万训保. 机电产品开发与创新. 2013(06)
[6]汽车冲压新技术与传统冲压技术对比[J]. 章爽滨,邢维光,龙福贵. 模具制造. 2013(06)
[7]基于CAE/CAD/CAM的汽车冲压模具协同开发[J]. 李再参,杨春茂. 机电产品开发与创新. 2013(02)
[8]冲压成形全过程模拟与回弹补偿研究[J]. 谢晖,陈亚柯,潘鑫,王晨磊. 热加工工艺. 2013(01)
[9]基于正交试验的车身覆盖件冲压成形回弹分析[J]. 王宁,梅自元,周长国. 机械设计与制造. 2008(10)
[10]模态分析方法综述[J]. 梁君,赵登峰. 现代制造工程. 2006(08)
博士论文
[1]高强度钢板扭曲回弹特性及控制方法研究[D]. 吴磊.湖南大学 2010
硕士论文
[1]低辐射噪声油底壳形貌优化设计[D]. 王振超.中北大学 2017
[2]基于Pam-stamp的轨道车辆车体侧立柱冲压成形仿真研究[D]. 马东.吉林大学 2014
[3]基于AUTOFORM轿车行李箱内板成形工艺优化及模具设计[D]. 罗慧娜.湘潭大学 2014
[4]车身梁类件冲压回弹分析及控制研究[D]. 刘雁冰.重庆理工大学 2014
[5]车身外板件冲压回弹工艺控制与补偿技术研究[D]. 潘志红.湖南大学 2012
[6]基于仿真的S形轨道件冲压成形回弹研究与参数优化[D]. 程磊.南京理工大学 2011
[7]应用CAE技术对汽车覆盖件模具进行优化设计[D]. 张正法.新疆大学 2009
[8]基于人工智能的冲压件复合参数数值优化技术研究与应用[D]. 龙仕彰.浙江大学 2007
[9]板料冲压成形的回弹研究及其在工程上的应用[D]. 聂昕.湖南大学 2006
[10]薄板冲压回弹试验研究及数值模拟对比分析[D]. 刘克进.湖南大学 2004
本文编号：3518358
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