精冲复合成形件的毛坯展开方法研究

论文摘要

随着汽车制造业的迅猛发展和全球制造业中心向中国的转移,我国正进入精冲行业的高速发展阶段。目前精冲工艺已不仅是冲裁工艺,而是冲裁+成形的复合工艺。采用精冲复合成形工艺得到的工件大部分都属于净成形或近净成形件,对毛坯设计的精度要求比较高。本文对厚板件的毛坯设计方法进行了研究：针对毛坯设计比较复杂的精冲复合成形件——无压边厚板成形件提出了一种毛坯设计方法。无压边厚板成形由于没有压边装置,板料存在一定程度的刚性转动；又由于板厚的影响,无压边厚板成形中时常伴有不可忽略的局部的体积成形,这使局部变薄严重。以上特点使得无压边厚板成形件的毛坯设计比较复杂,针对其进行毛坯设计方法研究亦可以推广到其他种类的精冲复合成形件。在多种毛坯设计方法中,有限元逆算法可以直接由工件理想造型得到一个毛坯形状；基于有限元模拟的反复试错法,充分利用了有限元技术的优势,可以在毛坯设计初期就得到一个比较精确的形状。在已有文献中,这两种方法中所开发的算法大部分是针对薄板成形。在本文中,针对无压边厚板成形件的成形特点,开发出了一种毛坯设计方法。该方法分为两步：1)通过有限元逆算法展开标准工件中间厚度层来得到毛坯初始形状；2)对毛坯形状进行修正。在修正中,先用有限元软件对毛坯的成形过程进行正向模拟,然后计算毛坯的成形件形状与标准工件形状之间的误差,通过误差反馈得到修正毛坯轮廓形状,最终使误差小于某一给顶值而得到优化毛坯形状。在本文中,以面向对象的建模语言UML,详细地说明了本文中毛坯设计方法的开发过程与细节,也为这个方法的后续完善提供了指导与说明。倒档臂支架是一种典型无压边厚板成形件,在文中,应用本文提出的方法设计了其毛坯优化形状,且将优化毛坯形状和工厂实际生产中使用的毛坯形状进行了比较。比较结果表明,该毛坯设计方法能够得到比较精确的毛坯形状。利用这种毛坯设计方法在无压边厚板成形件的生产开发中,在实际的毛坯试验前就可以得到一个比较精确的毛坯形状。从而大大提高产品开发效率,减少了实验成本,并且通过计算机自动的定性定量判断可以在毛坯形状设计方面大大地降低对设计人员的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 精冲技术概述
• 1.1.1 精冲技术的发展历史
• 1.1.2 国内外精冲行业现状
• 1.1.3 精冲技术应用背景
• 1.2 毛坯设计方法的研究概况
• 1.2.1 逐次逼近法
• 1.2.2 拼合法
• 1.2.3 滑移线法
• 1.2.4 模拟法
• 1.2.5 几何映射法
• 1.2.6 有限元法
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小节
• 第2章 有限元逆算法与初始解
• 2.1 逆算法基本理论
• 2.2 三角形膜单元有限元逆算法方程
• 2.2.1 单元应变
• 2.2.2 本构关系
• 2.2.3 理想变形与最小塑性功
• 2.3 有限元逆算法实例应用
• 2.4 本章小节
• 第3章 毛坯优化设计的关键算法
• 3.1 无压边中厚板成形的成形特点
• 3.2 毛坯修正方法
• k与标准工件F^idea的形状误差Δ^k的定义'>3.3 成形工件F^k与标准工件F^idea的形状误差Δ^k的定义
• 3.3.1 工件厚向表面的直线扫描曲面假设
• k的必要概念定义'>3.3.2 计算形状误差Δ^k的必要概念定义
• k的计算'>3.3.3 形状差别Δ^k的计算
• 3.4 误差反馈与毛坯修正
• 3.4.1 反馈修正的方向
• 3.4.2 反馈修正的长度
• 3.5 毛坯修正质量的评定
• 3.6 毛坯形状的检验
• 3.6.1 最小圆角半径检验模型
• 3.7 本章小节
• 第4章 毛坯设计系统的开发
• 4.1 编程语言介绍
• 4.2 建摸语言UML介绍
• 4.3 开发过程方法
• 4.4 毛坯设计系统的分析
• 4.4.1 毛坯设计系统
• 4.4.2 矩阵运算系统
• 4.5 本章小节
• 第5章 毛坯设计的实例应用
• 5.1 倒档臂支架的实例分析
• 5.1.1 倒档臂的优化结果
• 5.1.2 初始毛坯与修正毛坯的载荷、应力、应变分析
• 5.1.3 倒档臂的实验验证
• 5.2 本章小节
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文