基于曲面离散化方法的模具型面毛坯快速制造装备研究

论文摘要

随着国内外汽车市场竞争日趋激烈,短期内推出新的车型成为占领市场的关键,因此汽车模具制造技术成为了竞争的突破口。本文在曲面离散化成形原理研究的基础上,开发了一套基于曲面离散化的模具型面毛坯快速制造装备与技术,并对该装备与技术进行了研究。 本文介绍的模具型面毛坯快速制造方法省略了传统模具型面毛坯的铸造工艺,采用大量紧密排列且规则布置的顶杆作为上、下模,调节顶杆的高度使顶杆球头拟合成不同的型面,将上、下离散型面模安装在压力机上对厚钢板进行热冲压成形,然后将型面和模架进行组焊来制造模具毛坯。离散型面模和机械调节手是该技术的关键设备。本文以提高毛坯成形精度为主要核心从三个方面进行了研究。在宏观和微观上对金属热塑性成形进行研究,分析了成形温度、成形速度对金属热塑性成形和变形抗力的影响并总结其影响规律,为毛坯热冲压成形的温度和成形速度的选取提供了理论参考,从而提高毛坯的塑性,降低毛坯变形抗力,提高离散型面模的成形精度。通过对离散化成形原理的深入研究,提出了离散型面模具的顶杆错位排列方案,对型面离散率、顶杆间距、错位距离进行分析和优化,能够在不增加装备成本和技术难度的前提下,提高型面的离散率,从而提高型面的拟合精度。本文对曲面离散化模具型面毛坯快速制造装备与技术进行了系统的误差分析,研究了各种误差的影响因素、误差大小和减小误差的措施,进一步提高了该技术制造的毛坯精度,减小了毛坯的机械加工余量,降低了加工成本,该分析得到的结论还可以作为选择型面毛坯钢板厚度的参考。通过该技术在菱形概念车车身模具型面毛坯的制造应用表明,本文提出的技术方案能够起到预期的效果,符合工程实际情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 曲面离散化方法概述
• 1.2 基于曲面离散化方法的模具型面毛坯快速制造技术
• 1.2.1 模具快速制造技术发展现状
• 1.2.2 曲面离散成型原理与方法
• 1.2.3 曲面成型关键部件
• 1.2.3.1 离散型面模
• 1.2.3.2 顶杆高度自动调节装置
• 1.2.3.3 其它配套装备及工艺流程
• 1.3 本论文主要研究内容
• 第2章 模具型面毛坯热成形分析研究
• 2.1 金属的结构和塑性变形
• 2.1.1 金属的晶体结构和缺陷
• 2.1.2 金属晶体的塑性变形
• 2.2 金属的塑性和变形抗力
• 2.2.1 塑性和变形抗力评定
• 2.2.2 组织对金属塑性的影响
• 2.3 变形温度、变形速度对塑性和变形抗力的影响
• 2.3.1 变形温度的影响
• 2.3.2 变形速度的影响
• 2.4 毛坯热成形参数优化实例
• 2.5 本章小结
• 第3章 顶杆布置对毛坯成形的影响及其参数优化
• 3.1 离散型面毛坯成型原理与技术
• 3.1.1 顶杆拟合原理与方法
• 3.1.2 顶杆拟合在离散化成形中的优点
• 3.1.3 离散型面快速制模项杆布置
• 3.1.4 顶杆间距的选择
• 3.2 型面离散率分析
• 3.2.1 型面拟合的数值分析
• 3.2.2 型面离散率的影响因素
• 3.2.3 型面离散均匀度对成形的影响
• 3.2.4 顶杆高度调节存在误差时不同离散均匀度对成形的影响
• 3.3 顶杆布置方案与最佳离散均匀度的选择
• 3.4 本章小结
• 第4章 有限元数值模拟及装备误差分析
• 4.1 等截面直杆-梁的有限元数值模拟方法
• 4.1.1 扭转杆单元的数值模拟方法
• 4.1.2 弯曲梁单元的数值模拟方法
• 4.2 离散化制模装备的有限元数值模拟
• 4.2.1 离散化制模装备数值模拟的单元选择
• 4.2.2 有限元网格划分
• 4.3 离散化制模装备的有限元分析求解
• 4.3.1 离散化方法模具型面毛坯快速制造装备开发
• 4.3.2 材料参数
• 4.3.3 建立数值模型
• 4.3.4 载荷条件
• 4.3.5 约束条件
• 4.3.6 求解分析与后处理
• 4.4 离散化制模装备的误差分析
• 4.4.1 离散化制模装备的应变误差分析
• 4.4.2 型面离散、拟合误差分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 曲面离散化成形工艺应用实例
• 5.1 曲面离散化成形工艺流程实施
• 5.2 曲面离散化成形工艺流程应用
• 5.3 毛坯冲压分析
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）