汽车铝合金覆盖件冲压成形数值模拟研究

发布时间：2017-05-24 02:07

  本文关键词：汽车铝合金覆盖件冲压成形数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着环境污染，能源危机等问题日趋严重，汽车轻量化已成为当前和未来汽车技术发展的主要方向。铝合金在汽车轻量化和提升碰撞安全性能等方面出色的表现，越来越受到世界各大汽车厂商的青睐。但由于晶体结构上与钢存在差异，铝合金板的成形性能比普通钢板较差，而汽车覆盖件形状复杂且尺寸轮廓大，导致汽车铝合金覆盖件在冲压成形过程中更容易出现起皱、破裂、变形不足以及回弹等缺陷。这些问题增大了零件质量控制以及模具设计的难度，严重制约了铝合金材料在汽车覆盖件上的应用。因此，探索出适合车用铝合金材料的冲压成形及回弹规律来改善铝合金覆盖件的成形质量，成为铝合金材料在汽车行业广泛使用的关键。 本文利用冲压成形仿真软件Pam-Stamp2G对铝合金车门外板的冲压成形进行了数值模拟和研究，并对零件成形中产生的缺陷及回弹问题提出控制措施，主要研究工作如下： （1）基于典型覆盖件－双曲率盒形件为研究对象，利用Pam-Stamp软件通过有限元分析方法完成了成形过程以及回弹的数值模拟。分别研究了材料性能、工艺参数以及模具几何参数对铝合金覆盖件成形及回弹的影响，结果显示：在成形同样形状的零件时，铝合金所需成形力要小于钢板，但铝合金成形性能不及钢板，并且铝合金零件的回弹量远大于使用普通低碳钢的冲压制件，甚至比高强钢冲压件的回弹量还大。同时，增大摩擦系数有利于减小铝合金覆盖件回弹，但会降低零件表面的成形质量；在保证零件不发生破裂等缺陷的情况下，增大压边力可有效控制板料流动，不仅能防止零件起皱，而且可以减小回弹；减小模具间隙有利于减小铝合金覆盖件回弹，但过小的模具间隙不利于冲压成形，容易使板料减薄严重；减小模具圆角半径有利于减小铝合金覆盖件回弹，其中减小凹模圆角半径对回弹控制效果更加明显。但凸凹模圆角太小会使模具磨损严重，导致零件质量不稳定。 （2）基于某车型铝合金车门外板为研究对象，利用软件对其冲压成形过程进行数值模拟研究，根据零件特点及铝合金材料特性建立车门外板有限元模型。根据初次拉延模拟结果，分析产生成形缺陷原因及解决措施，由于成形过程中未使用拉延筋，导致门板大部分区域变形不足，法兰部分起皱严重。针对上述缺陷，在零件周围布置拉延筋以增大进料阻力，变形不足区域大大减小，但法兰角部仍有起皱现象，且零件局部区域出现新的缺陷－破裂。为此，增大压边力进一步改善零件变形不足现象；采用切角坯料抑制法兰角部起皱趋势；修改拉延模型，将工艺补充中余肉部位的过渡圆角R值适当放大以避免破裂缺陷。模拟结果验证了该方案的可行性，铝合金车门外板拉延件的成形缺陷基本消除。 （3）对拉延成形后的车门外板分别进行卸载回弹和切边回弹模拟，结果表明：零件整体轮廓精度良好，，但局部边缘部分回弹严重；针对制件的的形状特点和实际生产加工情况，通过优化工艺参数及修改工艺补充面对其进行回弹控制。 最后经过试验验证，在优化成形方案下生产出的制件符合产品设计要求，表明通过有限元数值模拟技术能够有效预测并控制铝合金覆盖件成形缺陷及回弹，从而提高产品设计效率和成形质量。为企业开发铝合金汽车覆盖件制定科学合理的的冲压工艺及模具设计提供必要的信息与技术支持。
【关键词】：铝合金 数值模拟 冲压成形 回弹 车门外板
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG386
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 引言14-15
• 1.2 轻量化车用铝合金分类与基本特性15-18
• 1.3 板料成形数值模拟与回弹控制研究现状18-20
• 1.3.1 板料成形数值模拟技术研究进展18-19
• 1.3.2 板料冲压成形回弹研究进展19-20
• 1.4 汽车覆盖件成形缺陷分析20-24
• 1.4.1 起皱21
• 1.4.2 拉裂21-22
• 1.4.3 回弹22-23
• 1.4.4 成形质量评价方法23-24
• 1.5 本文选题意义及研究内容24-26
• 1.5.1 本文的研究意义24
• 1.5.2 本文的研究内容24-26
• 第2章 板料冲压成形有限元理论26-38
• 2.1 引言26
• 2.2 材料的弹塑性本构模型26-31
• 2.2.1 材料的屈服准则26-28
• 2.2.2 材料的硬化准则28-30
• 2.2.3 塑性流动法则30-31
• 2.2.4 应力加载与卸载法则31
• 2.3 接触算法31-33
• 2.3.1 罚函数接触算法32
• 2.3.2 拉格朗日算法32
• 2.3.3 非线性罚函数接触算法32-33
• 2.4 单元模型33-34
• 2.4.1 薄膜单元33
• 2.4.2 实体单元33
• 2.4.3 壳单元33-34
• 2.5 板料成形过程中的有限元积分算法34-36
• 2.5.1 动态显式分析方法34-35
• 2.5.2 静态隐式分析方法35-36
• 2.6 本章小结36-38
• 第3章 铝合金覆盖件成形性能及回弹影响因素研究38-64
• 3.1 引言38
• 3.2 有限元模型的建立38-41
• 3.2.1 双曲率盒形件成形特点分析38-40
• 3.2.2 模具几何尺寸40
• 3.2.3 有限元分析模型40-41
• 3.3 材料性能的影响41-46
• 3.3.1 材料性能对覆盖件成形的影响42-43
• 3.3.2 材料性能对回弹的影响43-46
• 3.4 工艺参数的影响46-56
• 3.4.1 摩擦系数的影响46-49
• 3.4.2 压边力的影响49-53
• 3.4.3 模具间隙的影响53-56
• 3.5 模具参数的影响56-63
• 3.5.1 凸模圆角半径的影响56-60
• 3.5.2 凹模圆角半径的影响60-63
• 3.6 本章小结63-64
• 第4章 基于车门外板的铝合金覆盖件冲压成形数值模拟64-84
• 4.1 引言64
• 4.2 汽车覆盖件成形特点及要求64-66
• 4.2.1 汽车覆盖件成形特点64-65
• 4.2.2 汽车覆盖件成形要求65-66
• 4.3 铝合金车门外板拉延成形模拟66-75
• 4.3.1 门板材料及其力学性能67-69
• 4.3.2 车门外板有限元模型的建立69-74
• 4.3.3 确定成形工艺参数74-75
• 4.4 门板拉深成形模拟结果分析75-83
• 4.4.1 重力模拟75-76
• 4.4.2 无拉延筋情况下的模拟76-77
• 4.4.3 加载拉延筋情况下的模拟77-83
• 4.5 本章小结83-84
• 第5章 铝合金车门外板回弹模拟与控制84-98
• 5.1 引言84
• 5.2 车门外板的回弹模拟分析84-92
• 5.2.1 回弹模型84-85
• 5.2.2 模拟结果分析85-92
• 5.3 车门外板的回弹控制92-96
• 5.3.1 覆盖件回弹控制方法92-93
• 5.3.2 车门外板的回弹控制模拟及分析93-96
• 5.4 试验及结果分析96-97
• 5.5 本章小结97-98
• 结论98-100
• 参考文献100-105
• 致谢105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 李敏,周贤宾;板料成形中悬空区起皱过程的数值模拟[J];中国机械工程;1997年04期

2 蔡中义,李明哲,李湘吉;板材成形回弹数值分析的静力隐式方法[J];中国机械工程;2002年17期

3 李延平,朱东波,卢秉恒;基于RP/RT/RE技术的金属板料冲压成形回弹误差补偿系统[J];中国机械工程;2005年07期

4 杜亭,柳玉起,章志兵,李志刚;板料成形坯料形状与应变分布的快速精确预测[J];中国机械工程;2005年20期

  本文关键词：汽车铝合金覆盖件冲压成形数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：389584