轨道车辆转向架盖板冲压成形数值模拟研究

发布时间：2017-05-14 10:12

  本文关键词：轨道车辆转向架盖板冲压成形数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：轨道交通行业是我国的支柱产业,轨道车辆的发展是制约城市轨道交通发展的主要因素。随着现代交通事业的飞速发展和市场竞争的日益激烈,轨道车辆制造更加追求美观舒适,对产品质量的要求更高,因此对车体构件冲压成形质量和成形精度的要求也进一步提高。目前,改善其成形缺陷最有效措施是在实际生产前应用CAE软件对板料冲压成形过程进行数值仿真模拟,依据模拟结果预测其成形缺陷及模具设计缺陷,然后通过优化成形工艺参数及修改模具的办法控制缺陷的产生。数值模拟技术可以使开发新产品的工艺试验次数大为减少,从而缩短新产品的开发周期,降低新产品的开发成本,是一项能够给企业带来巨大经济效益的技术。本文以轨道车辆转向架盖板为研究对象,通过有限元模拟软件ABAQUS,研究了盖板在压弯工艺和拉延工艺条件下的成形性能以及成形后的侧弯和回弹等缺陷情况,并提出了优化的拉延成形工艺和模具回弹补偿方案,为实际生产出符合精度要求的盖板零件提供理论基础。首先,建立盖板压弯工艺有限元模型,模拟研究了盖板压弯成形性能及成形后的侧弯和回弹情况。结果表明,盖板压弯成形后的主要缺陷为回弹量较大,调整摩擦系数和模具间隙等工艺参数并不能有效减少回弹,成形后的零件也存在一定的侧弯量。其次,提出增加压边的转向架盖板拉延成形工艺。模拟研究结果表明,对于板料较厚的大型盖板构件,采用拉延成形工艺能够有效降低成形后的回弹缺陷,提高成形精度。研究了压边力、摩擦系数、模具间隙等工艺参数以及凸模圆角半径等模具参数对盖板成形性能以及回弹的影响规律。增大压边力能够有效降低回弹量,但当压边力增大到一定程度后变化趋势趋于平稳;摩擦系数越大,回弹越小,但摩擦系数太大会影响成形件的表面质量;回弹量随模具间隙的增大而增加,因此必须选择较小且合适的模具间隙控制回弹。在保证成形质量的前提下,选择较小的凸模圆角半径有利于减小回弹。利用正交试验法优化出盖板拉延成形工艺方案为:凸模圆角半径为150mm,模具间隙1.05t,摩擦系数0.05,压边力为2000KN。采用优化后的成形工艺方案,盖板成形后最大回弹量为19.67mm,拉延成形后零件质量较好,没有拉裂或者起皱等缺陷。为进一步减小回弹提高成形精度,研究提出了凹模增加顶板、对顶板施加背压力、凸模逆向弯曲以及凹模两翼型面进行修正的方式对回弹进行有效控制,并在模具两侧加挡板降低侧弯量,使生产出的零件符合成形精度要求。
【关键词】：转向架盖板 数值模拟 冲压成形 回弹 侧弯
【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
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 引言12
• 1.2 轨道车辆用耐候钢研究状况12-14
• 1.2.1 国外耐候钢研究状况12-13
• 1.2.2 国内耐候钢研究状况13-14
• 1.3 冲压成形常见缺陷分析14-16
• 1.3.1 拉裂14
• 1.3.2 回弹14-16
• 1.4 板料冲压成形数值模拟与回弹控制研究16-19
• 1.4.1 板料冲压成形数值模拟技术研究进展16-17
• 1.4.2 板料冲压成形回弹控制研究17-19
• 1.5 本文的研究意义和主要研究内容19-22
• 1.5.1 本文的研究意义19-20
• 1.5.2 本文主要研究内容20-22
• 第2章 板料冲压成形有限元模拟基本理论22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 屈服准则22-24
• 2.3 单元理论24-25
• 2.3.1 薄膜单元24
• 2.3.2 实体单元24
• 2.3.3 壳体单元24-25
• 2.4 强化模型25-26
• 2.4.1 等向强化模型25
• 2.4.2 随动强化模型25-26
• 2.4.3 混合强化模型26
• 2.5 中厚板弯曲成形理论26-29
• 2.5.1 板料弯曲基本理论26-27
• 2.5.2 板料弯曲过程中的应力状态27-29
• 2.5.3 中性层理论29
• 2.6 板料成形过程中的有限元积分算法29-31
• 2.6.1 动态显式分析方法29-30
• 2.6.2 静态隐式积分算法30-31
• 2.6.3 混合模拟算法31
• 2.7 本章小结31-32
• 第3章 转向架盖板压弯成形数值模拟研究32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 单向拉伸试验32-34
• 3.3 盖板压弯成形有限元模型的建立34-37
• 3.3.1 建立几何模型34-35
• 3.3.2 模型的装配35-36
• 3.3.3 材料模型36
• 3.3.4 网格模型36-37
• 3.4 盖板压弯成形数值模拟研究37-43
• 3.4.1 盖板压弯成形性研究37-39
• 3.4.2 盖板压弯成形缺陷研究39-42
• 3.4.3 盖板压弯成形回弹影响因素研究42-43
• 3.5 小结43-44
• 第4章 盖板拉延成形数值模拟研究44-66
• 4.1 引言44
• 4.2 盖板拉延成形有限元模型的建立44-45
• 4.3 盖板拉延成形模拟结果45-47
• 4.3.1 盖板拉延成形性研究45-46
• 4.3.2 盖板拉延成形缺陷研究46-47
• 4.4 工艺参数对盖板成形性能及回弹影响研究47-57
• 4.4.1 压边力的影响47-51
• 4.4.2 摩擦系数的影响51-54
• 4.4.3 模具间隙的影响54-57
• 4.5 凸模圆角半径对盖板成形性能及回弹影响研究57-61
• 4.5.1 凸模圆角半径对盖板成形的影响57-60
• 4.5.2 凸模圆角半径对回弹的影响60-61
• 4.6 工艺参数的优化61-63
• 4.7 本章小结63-66
• 第5章 盖板拉延成形缺陷控制研究66-76
• 5.1 引言66
• 5.2 盖板拉延成形侧弯缺陷的控制66-67
• 5.3 盖板拉延成形回弹的控制67-75
• 5.3.1 采用带顶板的凹模控制回弹68
• 5.3.2 对顶板施加背压力控制回弹68-70
• 5.3.3 凸模底部逆向弯曲对回弹的控制70-72
• 5.3.4 凹模两翼型面修正72-75
• 5.4 小结75-76
• 第6章 结论76-78
• 参考文献78-84
• 致谢84

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