汽车覆盖件翻边成形切边线优化设计及算法研究

论文摘要

汽车覆盖件主要指覆盖汽车发动机和底盘、构成驾驶室和车身的一些零件,如挡泥板、顶盖、车门外板、发动机盖、水箱盖、行李箱盖等。和一般冲压件相比,汽车覆盖件具有材料薄、形状复杂、多为空间曲面且曲面间有较高的连接要求、结构尺寸较大、表面质量要求高、刚性好等特点。所以覆盖件在冲压工艺制定、冲模设计和模具制造上难度都较大,并具有其独特性。汽车覆盖件冲压成形工艺相对一般零件的冲压工艺更复杂,所需要考虑的问题也更多,汽车覆盖件的冲压工序一般要4～6道工序,多的有近10道工序。要获得一个合格的覆盖件,通常要经过下料、拉深、切边（或有冲孔）、翻边（或有冲孔）、冲孔等工序才能完成。而拉深、切边和翻边是最基本的三道工序。在汽车覆盖件翻边成形中,影响翻边成形性和成形精度的一个重要因素就是零件切边线设计是否合理,所以翻边成形的关键是如何快速准确的确定出拉延后的切边线。当前生产中,还没有一个快速有效的确定切边线的方法,确定切边线的方法大多采用的是试错法,为得到所需翻边高度和形状要反复修正切边模轮廓,不仅造成大量材料与人工浪费,也影响整个制模与试模周期,增大制模成本,影响新产品的开发进度。如何确定切边线的尺寸和形状,使翻边后突缘轮廓正好达到零件所需翻边高度,对于缩短模具制造周期,减少生产成本都具有重要意义,同时也是整个模具行业亟待解决的一大难题。本文基于Microsoft.net技术开发一款优化设计复杂翻边切边线的程序,研究方法是采用数值的方法来预示优化修边线,把有限元仿真技术应用于传统的逐次逼近法中,把过去的手工试验修改坯料外形发展为通过有限元软件反复模拟修改坯料外形。提出了一种基于误差修正的预示复杂翻边切边线的迭代算法,在LS-DYNA有限元仿真的基础上,根据仿真结果轮廓与目标轮廓的形状误差来不断修正毛坯形状,一至两次的迭代修正后即可得到精确的切边线形状。在程序中实现了LS-DYNA求解器的自动调用,大大提高了切边线的优化效率。最后通过三个翻边件的算例验证及物理实验证明了该方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 翻边成形的概念及分类
• 1.2.1 翻边成形的概念
• 1.2.2 翻边成形的分类
• 1.3 翻边成形的国内外研究现状
• 1.3.1 切边线预示的解析理论模型的研究
• 1.3.2 切边线预示的有限元数值方法的研究
• 1.4 本课题研究内容介绍
• 1.5 研究所用到的软件介绍
• 1.5.1 Visual studio 2005 介绍
• 1.5.2 LS-DYNA 介绍
• 参考文献
• 第二章 翻边成形仿真模拟的有限元理论及分析
• 2.1 有限单元法概述
• 2.2 大变形弹塑性有限元法的基本理论
• 2.2.1 大变形弹塑性有限元法的分类
• 2.2.2 大变形弹塑性力学中的简化假设
• 2.2.3 大变形弹塑性有限元的平衡方程
• 2.2.4 大变形弹塑性有限元的本构方程
• 2.2.5 大变形弹塑性有限元列式
• 2.3 翻边成形有限元模拟的关键技术
• 2.3.1 单元类型
• 2.3.2 材料模型
• 2.3.3 有限元方程的解算
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 翻边成形切边轮廓的计算方法
• 3.1 翻边成形切边线确定的传统方法
• 3.1.1 逐次逼近法
• 3.1.2 几何映射法
• 3.2 翻边成形切边线确定的解析方法
• 3.2.1 翻边解析模型的基本假设
• 3.2.2 内曲拉伸翻边解析模型
• 3.2.3 外曲压缩翻边解析模型
• 3.2.4 Nishimura 翻边展开解析模型
• 3.3 翻边成形切边线确定的数值方法
• 3.3.1 一步逆成形有限元法
• 3.3.2 基于有限元分析的迭代优化算法
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 基于误差修正的切边线设计算法研究
• 4.1 基于误差修正的切边线优化基本过程
• 4.2 目标轮廓曲线的投影离散
• 4.2.1 IGES 文件的读取
• 4.2.2 目标轮廓曲线的离散
• 4.2.3 目标轮廓曲线和网格的变换投影
• 4.3 单元网格裁剪反算得到毛坯
• 4.3.1 单元网格求交裁剪算法
• 4.3.2 单元网格的反算算法
• 4.3.3 新单元及节点的生成
• 4.3.4 切边边界网格单元的优化
• 4.3.5 网格裁剪后单元和节点的删留标识
• 4.3.6 新毛坯单元和节点的输出保存
• 4.4 LS-DYNA 求解器的自动调用
• 4.5 基于误差的裁剪边界的修正
• 4.6 基于误差修正的切边线优化算法迭代流程
• 4.7 用户界面的开发
• 4.8 本章小结
• 参考文献
• 第五章 算例研究
• 5.1 对称S 形翻边实验模型的切边线优化设计
• 5.1.1 对称S 形翻边实验模型切边线仿真优化
• 5.1.2 对称S 形翻边实验模型的实验验证
• 5.2 汽车前门外板翻边特征的切边线优化设计
• 5.3 汽车后地板延伸板翻边特征的切边线优化设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 攻读学位期间已发表或已录用的学术论文
• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书