先进高强度钢板汽车梁形件冲压回弹规律与控制研究

论文摘要

梁形件是汽车结构件的主要组成部分,在车身覆盖件中也占有很大比例。汽车梁形件的冲压成形在塑性成形的同时必然伴有弹性变形,外力卸载后弹性变形部分的回复即造成回弹,成形后经过修边的零件因形状改变使内应力重新分布也会引起回弹。回弹在成形过程中不可避免,回弹导致的尺寸变化会产生严重的装配问题,影响整车的结构稳定性和安全性。材料的屈服强度越大回弹量也越大,随着汽车轻量化进程的发展,由高强度钢板代替传统钢板带来的梁形件回弹缺陷增大的问题也越来越凸显。为实现对回弹准确预测和有效控制的目的,采用了理论分析、数值模拟和实验相结合的方法,对先进高强度钢板梁形件的回弹规律和控制方法进行研究。分析了数值模拟中单元类型和尺寸、厚向积分点数目、约束条件、计算公式、时间步长和虚拟拉延速度对回弹精度的影响。通过对U形件回弹实验和数值模拟研究得出:回弹量随压边力和拉延筋阻力增大而减小,随板料厚度增加先增大后减小,在一定范围内回弹量随摩擦系数增大而减小。通过对S梁回弹数值模拟,提出在前处理中测量截面线回弹角的方法。对斜壁U形梁采用模具型面补偿,零件回弹后的形状与标准形状吻合,使回弹缺陷消除。以后边梁为例,对具有复杂型面的汽车梁形件进行了数值模拟。提出了按变形区分曲面进行工具网格划分的方法,分析得出针对后边梁的具体计算时间步长和单点约束方式,提出了数值模拟回弹分析的分段法。在控制成形缺陷的基础上对后边梁的卸载回弹和修边回弹的最大位移及出现位置做出了预测,总结出将压边力和拉延筋阻力合理配比的回弹控制方案,经试模验证,采用优化后的成形工艺使后边梁的回弹得到了较好的控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 先进高强度钢板国内外生产及应用
• 1.3 板料冲压回弹研究方法
• 1.3.1 理论解析法
• 1.3.2 实验法
• 1.3.3 数值模拟法
• 1.4 回弹控制方法
• 1.5 课题研究意义与主要研究内容
• 第2章 板料回弹理论与有限元原理
• 2.1 平面应变假设与屈服准则
• 2.2 回弹影响因素
• 2.3 回弹有限元原理
• 2.3.1 有限元计算步骤
• 2.3.2 回弹有限元模型
• 2.3.3 有限元单元和算法
• 2.3.4 回弹约束条件
• 2.4 回弹模拟精度影响因素
• 2.5 本章小结
• 第3章 典型梁形件回弹规律及控制研究
• 3.1 U 形梁回弹数值模拟与实验研究
• 3.1.1 U 形梁回弹数值模拟
• 3.1.2 U 形梁回弹实验
• 3.1.3 U 形梁模拟与实验结果对比分析
• 3.2 S 梁回弹数值模拟研究
• 3.2.1 S 梁回弹数值模拟
• 3.2.2 S 梁回弹模拟分析
• 3.3 斜壁U 形梁模具型面补偿研究
• 3.3.1 补偿研究模型
• 3.3.2 回弹补偿的数值模拟方法
• 3.3.3 斜壁U 形梁回弹数值模拟
• 3.3.4 斜壁U 形梁模具型面补偿
• 3.4 本章小结
• 第4章 后边梁回弹数值模拟研究
• 4.1 后边梁有限元模型
• 4.2 模拟参数控制
• 4.2.1 有限元网格优化
• 4.2.2 时间步长选取
• 4.2.3 回弹约束方式
• 4.2.4 其它模拟参数
• 4.3 后边梁成形缺陷与回弹分析
• 4.3.1 成形模拟缺陷分析
• 4.3.2 卸载回弹分析
• 4.3.3 修边回弹分析
• 4.4 回弹控制工艺优化
• 4.4.1 第Ⅰ次工艺优化
• 4.4.2 第Ⅱ次工艺优化
• 4.5 回弹模拟新方法研究
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢