基于Pro/E的钣金件毛坯展开仿真系统研究

论文摘要

钣金件的毛坯形状预测和产品可成形性分析在板料冲压成形过程中起着举足轻重的作用,它是分析钣金件成形性能、确定成形工艺设计和拟定工艺流程的前提。合理的毛坯形状和尺寸,可以明显改善板料在冲压成形过程中出现的变形不均匀的现象,提高材料的成形极限,减少后续的切边余量,提高材料的利用率。有限元逆算法由于只考虑初始构形和最终构形,因此计算速度较快,是一种最高效的算法。快速、准确地获取板料毛坯的外形尺寸,将很大程度上减少模具的试模次数,从而降低产品的生产成本,缩短生产周期,提高产品质量。本课题来源于国家自然科学基金项目“复杂汽车结构件多工位级进模条料设计的快速仿真模型与关键算法研究”（No.50905067）和国家重大数控专项项目资助“C级轿车覆盖件整体侧围、翼子板和新型环保材料内饰件冲压成形模具”（No.2009ZX04013-031）。本课题在华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室开发的基于Pro/E平台的FASTAMP逆算法求解器的基础上,开发了基于Pro/E平台的钣金件毛坯展开仿真系统。本文说明了课题研究的目的和意义,探讨和研究钣金件的各种展开算法、钣金件成形模拟技术的发展现状,明确了钣金件毛坯展开仿真系统的开发方向。同时,从Pro/E平台的二次开发技术特点、有限元逆算法和CAD/CAE集成技术三个方面介绍了系统的开发基础。论文在研究钣金件成形工艺特点的基础上,提出系统设计思想,对系统的需求和功能进行了详细分析,构建系统组织结构。在系统开发过程中,深入研究和探讨了网格剖分处理、开放式材料库、工艺约束设置、工艺模型设置和数据保存等关键技术。基于Pro/E平台开发了网格剖分器,保证了网格剖分的质量,避免了因网格质量所引起的后期大量的网格修复工作,大大减少了有限元网格模型的准备工作;开发了开放式材料库,方便用户根据自己的实际情况添加和删除材料;系统考虑了真实的工艺约束和工艺辅助工具,相对应地开发了定义工具,提高了求解结果的精度;方便、快捷的数据管理技术保证了系统的稳定性。该系统实现了真正意义上的CAD和CAE的无缝集成,同时在模拟计算中考虑了真实的压边圈、压料面、托料块和拉深筋等实际工艺条件,模拟结果更加可靠。通过工业应用实例验证了系统的实用性和可行性,表明了该系统可广泛应用于钣金制造领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源、目的和意义
• 1.2 钣金件展开算法的研究现状
• 1.3 钣金成形模拟技术的发展状况
• 1.4 本文的研究内容
• 2 BEA 系统的开发基础
• 2.1 Pro/E 二次开发工具
• 2.2 Pro/E 二次开发流程
• 2.3 有限元逆算法理论基础
• 2.4 CAD/CAE 集成技术
• 2.5 本章小结
• 3 BEA 系统的设计
• 3.1 引言
• 3.2 系统设计思想
• 3.3 系统功能分析
• 3.4 系统结构设计
• 3.5 系统特点
• 3.6 本章小结
• 4 BEA 系统的关键技术
• 4.1 引言
• 4.2 网格剖分处理
• 4.3 开放式材料库
• 4.4 工艺约束处理
• 4.5 工艺模型的设置
• 4.6 系统数据的保存
• 4.7 本章小结
• 5 实例应用
• 5.1 引言
• 5.2 L 形盒展开模拟
• 5.3 典型钣金件展开模拟
• 5.4 复杂钣金件展开模拟
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文