拼焊板盒形件拉深成形焊缝移动力学模型建立及实验研究

论文摘要

近年来,随着能源总量的减少以及环境污染问题的加剧,汽车工业在保证安全性的同时,向着轻量化方向发展。拼焊板及其成形技术正是适应这一发展方向的新技术。用拼焊板生产的汽车零件具有成本低、质量轻、高强度和高刚度的优势,所以该技术被越来越广泛的应用于汽车工业。由于拼焊板焊缝两侧母材厚度、性能参数以及尺寸的不同,导致其在拉深过程中会出现焊缝的移动。拼焊板冲压成形过程中焊缝的移动问题是影响零件质量的主要问题之一,造成了拼焊板成形稳定性的下降。因此需对拼焊板冲压成形过程中焊缝移动的力学模型进行研究,以达到预测、控制焊缝移动的目的。在研究了拼焊板方盒形件冲压成形理论的基础上,分析压边力、焊缝两侧材料的板厚比、两侧母材性能、摩擦系数、凸模速度等因素对焊缝移动所造成的影响;将拼焊板冲压成形方盒形件过程中的变形区域划分为法兰区、凹模圆角区、传力区、凸模圆角区和底部区五个变形区,并推导出各个变形区应力应变关系的解析式,根据各变形区的应力应变关系解析式以及焊缝移动量的计算公式,建立焊缝移动量的力学模型,为研究焊缝移动规律提供了理论基础。在不同的压边力、板厚比、摩擦系数、凸模速度等影响因素下,采用Dynaform有限元分析软件对拼焊板拉深成形方盒形件过程进行了模拟仿真,分析了各因素对方盒形件的底部及法兰部分焊缝移动量的影响规律。为了验证模拟仿真和力学模型,进行了实验研究。模拟结果、实验结果和力学模型计算值的变化趋势基本一致,研究表明压边力、板厚比、摩擦系数和凸模速度对拼焊板方盒形件的焊缝移动都有不同程度的影响,可以通过调节压边力、控制板厚差以及润滑条件等方法来控制焊缝的移动量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外拼焊板技术的研究现状
• 1.3.1 拼焊技术的发展
• 1.3.2 国外拼焊板技术的研究现状
• 1.3.3 国内拼焊板技术的研究现状
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 拼焊板冲压成形盒形件焊缝移动的理论基础
• 2.1 拼焊板冲压成形盒形件的变形规律
• 2.2 激光拼焊板的性能
• 2.3 拼焊板冲压成形焊缝移动的影响因素
• 2.3.1 压边力对焊缝移动的影响
• 2.3.2 板厚比对焊缝移动的影响
• 2.3.3 摩擦系数对焊缝移动的影响
• 2.3.4 不同材料对焊缝移动的影响
• 2.3.5 其他因素对焊缝移动的影响
• 2.4 拼焊板焊缝移动的控制及其补偿措施
• 2.5 本章小结
• 第3章 拼焊板冲压成形盒形件焊缝移动力学模型的建立
• 3.1 材料模型和屈服准则
• 3.1.1 材料模型的假设
• 3.1.2 屈服准则的选择
• 3.2 变形区域划分及坐标系确定
• 3.3 变形区域的应力解析
• 3.3.1 法兰圆角区的应力解析
• 3.3.2 法兰直边区应力解析
• 3.3.3 传力区的应力解析
• 3.4 焊缝移动的力学模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 拼焊板冲压成形盒形件焊缝移动的仿真分析
• 4.1 拼焊板冲压成形盒形件有限元模型的建立
• 4.1.1 板材及模具的几何模型
• 4.1.2 模拟仿真的有限元模型
• 4.2 不同条件下焊缝移动的仿真分析
• 4.2.1 不同板厚比对焊缝移动的影响
• 4.2.2 不同压边力对焊缝移动的影响
• 4.2.3 不同摩擦系数对焊缝移动的影响
• 4.2.4 不同冲压速度对焊缝移动的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 拼焊板冲压成形盒形件焊缝移动的实验研究
• 5.1 实验材料及实验方案
• 5.2 实验设备及操作
• 5.3 实验结果和有限元数值模拟及力学模型的比较
• 5.3.1 摩擦条件对焊缝移动影响的结果比较
• 5.3.2 板厚比对焊缝移动影响的结果比较
• 5.3.3 薄板压边力的变化对焊缝移动影响的结果比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢