多工位级进冲压载荷分析及模具结构优化设计

发布时间：2017-07-29 19:09

  本文关键词：多工位级进冲压载荷分析及模具结构优化设计

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【摘要】：近年来我国汽车工业飞速发展,众多汽车企业都在为缩短新车型研发周期、降低生产成本而努力。大型复杂多工位级进模作为生产汽车结构件的重要工艺装备,其设计质量和成本对汽车的生产研发有着重要影响。多工位级进模向大型、复杂方向发展以及高强度钢板的广泛使用,往往导致模具过于厚重。采用传统模具设计方法难以找到材料的合理分布,不易获得既经济又安全的理想设计方案,因此,加强对模具结构分析和模具结构优化设计的研究,实现模具结构轻量化设计,具有一定的实用价值与工程意义。本文以某汽车行李箱支架多工位级进模为研究对象,分别对该汽车行李箱支架工艺设计、多工位级进冲压工艺中成形工序和冲裁工序有限元模拟技术、多工位级进模模具母体结构分析方法、多工位级进模模具母体结构拓扑优化技术进行了研究。具体研究内容如下:(1)对某汽车行李箱支架进行了零件结构和冲压工艺性分析,完成了一步逆成形分析与坯料逆算,综合某行李箱支架的结构特征、材料利用率和精度要求等情况,确定了单排、斜排、中间载体共18个工位的级进冲压工艺方案,并最终设计了排样图及模具总体结构图。(2)以Dynaform为数值模拟平台,对某行李箱支架多工位级进模冲压工艺中成形工序进行数值模拟。进行完整的冲压成形工序数值模拟后,得到符合工艺要求的模拟结果,获得各冲压成形工序中模具的受力情况并进行了分析。(3)采用Deform软件对模具上所有冲裁工序进行数值模拟。对模型中毛坯进行划分及局部单元细化,以降低冲裁模拟有限元模型的规模;选取了Normalized Cockcr oftLatham断裂准则并通过冲裁实验与模拟相结合的方法获得零件材料断裂因子,进而对模具中所有冲裁工序进行模拟以获得冲压过程中板料单元上的冲裁力。对各冲裁轮廓的理论冲裁力进行了计算,并与冲裁力数值模拟结果进行对比,结果显示冲裁力模拟结果与理论计算结果相对误差在15%以内。(4)采用载荷映射方法,分析模具冲压过程的力学响应,将板料成形数值模拟获得的变形板料和模面之间的接触力映射到模具结构分析有限元模型上,建立了模具结构分析模型,获得了模具在不同工况下的弹性变形情况。(5)以冲压模拟得到的板料成形力为荷载边界条件,对某汽车行李箱支架多工位级进模模具结构进行优化。利用优化软件OptiSturct在模具结构分析的基础上,结合拓扑优化技术对模具结构进行优化。根据拓扑优化结果,利用NX对模具母体进行重构,得到新的模具结构,将与传统模具同样的载荷条件加载于优化后模具有限元模型上,分析优化后模具的变形情况,并与传统模具进行对比分析。经结构分析验证,优化后模具母体结构在不增加模具变形量的同时,相对传统方法设计模具母体结构减重22.4%左右。
【关键词】：多工位级进模 数值模拟 冲压载荷 模具结构分析 拓扑优化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466;TG385
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 冲压载荷分析研究现状13-14
• 1.3 冲压模具结构分析研究现状14-16
• 1.4 冲压模具结构优化研究现状16-17
• 1.5 课题来源、研究意义及研究内容17-19
• 1.5.1 课题来源及研究意义17
• 1.5.2 课题研究思路及研究内容17-19
• 1.6 本章小结19-20
• 第二章 某汽车行李箱支架冲压工艺分析及模具设计20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 零件冲压工艺分析20-23
• 2.2.1 冲裁工艺性分析21
• 2.2.2 弯曲工艺性分析21-22
• 2.2.3 一步逆成形分析与坯料逆算22-23
• 2.3 冲压工艺方案拟定及排样设计23-28
• 2.3.1 载体设计23-24
• 2.3.2 确定步距和条料宽度24-25
• 2.3.3 工序排样设计25-28
• 2.4 模具结构设计28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 基于Dynaform的某汽车行李箱支架成形数值模拟31-55
• 3.1 引言31
• 3.2 基于Dynaform的多工位级进冲压有限元数值模拟技术31-33
• 3.2.1 工序间信息传递31-32
• 3.2.2 网格划分及自适应技术32-33
• 3.2.3 毛坯结构及定位33
• 3.3 某汽车行李箱支架成形工序数值模拟33-49
• 3.4 汽车行李箱支架多工位级进冲压试验49-53
• 3.4.1 冲压实验条件49-50
• 3.4.2 冲压实验结果50-51
• 3.4.3 冲压成形数值模拟结果与实际对比51-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 基于Deform的某汽车行李箱支架冲裁数值模拟55-71
• 4.1 引言55
• 4.2 多工位级进模冲裁数值模拟关键技术55-59
• 4.2.1 局部网格重划分及其实现55-56
• 4.2.2 板料一模具接触摩擦条件56
• 4.2.3 断裂问题的处理56-59
• 4.3 多工位级进模冲裁数值模拟59-67
• 4.3.1 多工位级进模冲裁有限元模型建立59-61
• 4.3.2 多工位级进模冲裁模拟结果61-67
• 4.4 多工位级进模压力中心计算67-70
• 4.4.1 压料成形过程模具压力中心计算67-69
• 4.4.2 冲裁成形过程模具压力中心计算69-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 行李箱支架多工位级进模模具母体结构分析71-79
• 5.1 引言71-72
• 5.2 模具结构分析有限元建模关键技术72-73
• 5.2.1 模具结构简化72
• 5.2.2 模具结构体离散单元选择72
• 5.2.3 模具结构分析载荷映射72-73
• 5.3 多工位级进模模具母体结构分析模型73-77
• 5.4 多工位级进模模具结构分析结果77-78
• 5.5 本章小结78-79
• 第六章 行李箱支架多工位级进模模具母体结构拓扑优化79-89
• 6.0 引言79
• 6.1 模具母体结构拓扑优化方法79-81
• 6.1.1 连续体结构拓扑优化方法79-80
• 6.1.2 级进模模具母体结构拓扑优设计流程80-81
• 6.2 模具母体可设计区域81-82
• 6.3 优化前模具结构静力分析82-83
• 6.4 模具母体结构拓扑优化建模及分析结果83-85
• 6.5 模具母体结构重构85-87
• 6.6 本章小结87-89
• 结论与展望89-91
• 参考文献91-95
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果95-96
• 致谢96-97
• 附件97

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本文编号：590645