基于热力耦合分析的大型深拉件连续批量冲压稳定性评估

发布时间：2017-10-03 10:42

  本文关键词：基于热力耦合分析的大型深拉件连续批量冲压稳定性评估

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【摘要】：在科技日新月异的今天，冲压工艺具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点，被广泛应用于工业生产。模具作为冲压成形的主要工具，其本身的研发和制造直接制约着冲压件的工艺成形性和产品质量稳定性。板材冲压件在汽车车身结构中占有很大的比重，其中大多数采用冷冲压工艺成形。在冷冲压拉深成形过程中，，由于模具与板料之间摩擦作用产生一定摩擦热量，导致模具的温度升高。在连续大批量生产中，随着冲压次数的增加，模具吸收的热量越来越多，模具温度逐渐升高，由于热膨胀变形，导致模具型面变形，改变凸模和凹模之间的间隙，这将直接影响着冷冲压件的成形质量。当前工程界以及学术界尚未对这一问题给予足够重视。 因此，本文针对典型的大型拉深件，以其连续批量冲压生产中的冲压稳定性作为研究对象，通过抽象假设，归纳出其内在的热力耦合变形的理论模型，基于有限元模拟和数学物理推导分析，对其在连续批量拉深生产过程中模具间隙变化进行数值模拟研究。 本文基于大型通用有限元软件ABAQUS，首先建立一个大型圆筒形拉深模型。针对连续批量生产中某一具体冲压周期，通过板材冲压热力耦合分析研究板材拉深成形过程和摩擦生热过程，通过热分析获取单冲压周期内摩擦热量在模具、板材和周围空气介质的热交换过程、模具内部的热传导过程，以及模具温度场变化，通过热变形分析获取模具在一个冲压周期内由于温度场变化引起的热变形。将不同模具初始温度下得到的单冲压周期的模拟结果进行数学物理推导，求得连续批量生产条件下模具温度、模具形状以及凸凹模间隙随冲压次数的变化规律。最后评估初始凸凹模间隙、模具圆角半径和摩擦系数等不同工艺参数因素对连续批量生产条件下冲压稳定性的影响。 本文的研究表明，在连续批量生产条件下，模具吸收热量的主要途径是模具与板材表面的摩擦生热，而板材变形功转换为热量导致板材温度升高，并通过热传递至模具的热量对模具的温升的贡献很小，可忽略不计。凸模和凹模温度由室温随着冲压次数的增加逐渐上升，同时凸凹模间隙逐渐缩减。初始阶段温升趋势比较剧烈，随着冲压次数的增加，温升趋势逐渐变缓，并最终凸凹模温度趋于稳定，同时拉深间隙达到最小，凸凹模间隙的缩减说明冲压稳定性能的下降。对在不同工艺参数值情况下得到冲压稳定性分析结果进行比较，我们发现摩擦系数是最为关键的因素，凸凹模初始间隙起到一定的作用，而模具圆角半径尺寸影响相对较弱。
【关键词】：拉深 模具 热力耦合 数值模拟 间隙
【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
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 冷冲压技术研究现状12-14
• 1.2.1 冲压技术的发展趋势12-14
• 1.2.2 拉深技术的研究现状14
• 1.3 数值模拟技术在板材成形中的应用14-16
• 1.3.1 数值模拟分析技术介绍14-15
• 1.3.2 数值分析技术的计算方法15
• 1.3.3 数值仿真软件发展15-16
• 1.4 本课题研究的内容和方法16-17
• 1.5 本章小结17-19
• 第二章 理论研究基础19-45
• 2.1 引言19
• 2.2 拉深工艺的基本原理19-29
• 2.2.1 圆筒形件拉深的过程特点19-22
• 2.2.2 圆筒件拉深的力学解析22-26
• 2.2.3 影响圆筒件拉深过程的因素26-29
• 2.3 金属塑性变形的摩擦理论29-33
• 2.3.1 金属塑性变形过程中摩擦的特征29-30
• 2.3.2 金属塑性变形中常用的摩擦定律30-32
• 2.3.3 摩擦热32-33
• 2.4 热力耦合理论33-34
• 2.4.1 热力耦合问题的的研究范围33
• 2.4.2 热力耦合分析的基本方程33-34
• 2.5 传热学理论34-37
• 2.5.1 传热学的基本方程35
• 2.5.2 热传导的主要形式35-37
• 2.6 有限元法37-43
• 2.6.1 有限元法的基本原理38-39
• 2.6.2 有限元法求解步骤39
• 2.6.3 有限元法的基本求解方法以及应用范围和局限39-41
• 2.6.4 Abaqus/Explicit 显示动力学分析理论基础41-43
• 2.7 本章小结43-45
• 第三章 单冲压周期拉深热力耦合有限元模型的建立45-55
• 3.1 引言45
• 3.2 模型的基本假设和简化分析45-46
• 3.3 工程分析软件 ABAQUS 概述46-47
• 3.3.1 ABAQUS 概述46
• 3.3.2 ABAQUS 分析模块46-47
• 3.4 材料的选取及性能参数47-49
• 3.5 有限元模型的建立49-54
• 3.5.1 几何模型的建立49-50
• 3.5.2 网格的划分以及单元的选择50-51
• 3.5.3 分析步以及输出要求的设定51-52
• 3.5.4 模型接触的设定52-53
• 3.5.5 边界条件和初始条件的设定53-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第四章 基于热力耦合分析的冲压稳定性评估55-71
• 4.1 单冲压周期拉深成形过程的热力耦合分析55-57
• 4.2 模具的温度场分析及其均匀化处理57-62
• 4.3 连续批量生产条件下模具温度变化的数理分析62-64
• 4.4 连续批量生产条件下模具形变的热变形分析64-67
• 4.5 工艺参数对连续批量生产冲压稳定性的影响67-70
• 4.5.1 凸凹模初始间隙对连续批量生产冲压稳定性的影响67-68
• 4.5.2 凸凹模圆角半径对连续批量生产冲压稳定性的影响68-69
• 4.5.3 摩擦系数对连续批量生产冲压稳定性的影响69-70
• 4.6 本章小结70-71
• 第五章 结论与展望71-73
• 5.1 结论71-72
• 5.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 附录77-79
• 致谢79

【参考文献】

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