车身高强钢梁件冲压凸模结构分析及拓扑优化

发布时间：2020-11-11 05:06

　　 在汽车工业不断发展的今天,车身安全与油耗往往成为消费者选择一款汽车的关键考察目标。于是,这些需求成为了促使汽车研发单位与生产商开发强度更好、质量更轻的车身的动力。随着材料科学的进步,特别是各种合金材料不断被开发出来,高强钢材料与铝合金材料成为了厂家的首选目标。首当其冲的就是高强钢板材,由于其价格相较铝合金更低,对于中小型的车企而言,能更有效的权衡成本与性能。于是,高强钢零件被越来越多地使用在车身结构上。这样的趋势使得冲压工艺以及模具设计的重心从普板转移到了高强钢板上来,虽然随着多年的发展,高强钢板冲压工艺水平得到了和大程度的提高,工艺技术越来越成熟,但当前所采用的模具设计技术还是沿用的普板设计思路。高强钢顾名思义是具有比一般钢材强度更高的钢铁材料,因其具有更高的屈服、抗拉强度,使得在冲压过程中产生了较普通材质高处许多的成形力以及不确定性,这些性质会导致模具自身有更大的结构风险。因此开发针对于高强钢冲压模具设计的方法变得非常重要,在未来的冲压模具市场中能够以更合适的研究出更合理的模具结构成为了模具供应商的开发重点。本文以两种不同类型的高强钢梁件的冲压凸模为研究对象,在验证了零件冲压工艺的合理性的基础上,通过对模具结构的力学分析,结合结构拓扑优化技术,对凸模的结构进行重构设计,优化后的模具都实现了一定程度的减重,同时均提高了自身的刚性。并且优化后的模型通过了高频次冲压载荷下的疲劳验证,证明优化结构的合理性以及优化方法的可行性。在高强钢梁件冲压凸模的优化结构基础上,结合了板件自身以及冲压工艺的特点,指出了这类狭长形的冲压凸模在优化设计时应当有针对性的决定结构加强的方向,得到了针对这类零件冲压凸模的全新设计思路。这些优化设计的思路与方法将能够在一定程度上对高强刚冲压模具在工程应用的设计中起指导作用。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG385;U466
【部分图文】：

１．３．３模具结构拓扑优化??当前在模具厂所生产制造的拉延冲压模具，里面基本上均采用了由多个栅格??组成的方式，来作为承载部分，如图１．３所示［２３］。正如前文所提到的，模具开发??人员在开发模具的过程之中，一般都要依据以前总结下来的规律，并通过经验判??断模具是否合格，由于之前我们己经详尽细述的原因，想要将高强度钢板用来作??为冲压工序的原材料，传统方法是否适应新技术还未知。再加上能源紧缺和钢铁??价格不断上涨的局势，如何改进目前的模具，减少其相关的各项开销，是制造业??目前紧迫的任务。??丨气＾＾?———?＿?農農????一．ｍｍ．、＇??？３＿画？震！??議＇１＿覧＿＿［??丨；??图１．２传统的“栅格式”结构??拓扑优化对减少产品零部件重量，以及降低产品复杂程度，都有着非常明显??的效果。因此，我们在综合进行冲压模的组成作用开发分析时，为了达到模具减??重的目的，应用拓扑优化技术，应该能够取得比较理想的结果。当前，在实际生??产中

工程硕士学位论文??梁件自身有着很高的强度，因此在生产简单成形工艺的模具，会使用锻钢材料作??为模具的工具部分，模具自身强度有很强的保障。如图１．５是某车身中的“几”??字形横梁及其冲压工艺和模具示意图［２６］。??．擎織??ＯｆＭＯ（落钭冲ｆＬ〗?〇Ｐ２（Ｈ?Ｈ．Ｕｌ?＊?成形）??图１．４几字形横梁冲压工艺及模具图??本文研宄对象选取的两组梁件，由于零件自身的特点，在考虑设计冲压工艺??时，使用简单的成形方案不足以保证零件质量，因此必须在设计工艺时，对重要??成形部位采用拉延工艺进行成形。工程应用上，常常在设计高强钢冲压模具时，??会在凹模以及压边圈等重要磨损部位使用强度非常高的锻件镶块，但对冲压凸模??来说，本身作为冲压过程中应力最为集中的部位，是最容易出现模具破裂失效情??况的，而工程上通常只是对它进行加厚处理。??因为这类零件通常较为狭长，因此该类零件的拉延模具，特别是凸模的设计??成为了整个模具设计的关键。同时这类零件在整个车身零件中占有不小的比例

工程硕士学位论文??歲觀綠藏：知■、．章纖，滿ｊｇ；蠢??图３．?１后纵梁加强板零件图??一轉＞．??图３．?２后纵梁加强板成形方案闭合过程示意图??由上图可清晰看出，若使用压料成形方案，在闭合时就己经出现板件严重的??起皱现象，因此需要采用拉延方案处理。??然而由于零件的特殊性，零件采用拉延将零件整体全部用拉延成形出有很大??的难度，同时也会使材料利用率降低，因此采用整体拉延成形（部分侧壁展开在??压料面上），局部通过后续整形的方案，既能保证零件成形性，也能提高零件的材??料利用率。零件成形工序方案应当是拉延一修边一整形（冲孔工序对零件成形无??影响因此没有考虑）。下列图示为三个主要工序的型面示意图。??＿＿，誦圓画画＿??图３．?３后纵梁加强板拉延型面示意图??２１??
【参考文献】

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本文编号：2878786