基于Dynaform汽车尾门外板拉延成形工艺分析开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1课题的来源、目的、意义

近年来,随着汽车产业高速发展,顾客对汽车外观质量要求越来越高,高质量的外覆盖钣金件是汽车企业竞争力体现之一。对于汽车外覆盖件,棱线是制件成形的难点,成形时棱线处往往存在开裂、不顺等缺陷。在汽车车身覆盖件中,后背门外板的开发难度比较大,它具有外形尺寸较大,材料较薄,形面具有对称特征,但起伏比较复杂,深度比较深,表面质量和尺寸精度要求较高等特点,在拉深成形过程中容易出现拉裂、起皱、滚线等现象。而汽车车身覆盖件的各曲面要求过渡圆滑,棱角清晰分明,富有动感,且要求表面精致,无皱痕,无拉伤破裂现象。还要求其整体性好,有足够的刚度[1-2]。因此,对产品的开发提出了比较高的要求,从外观上看,该制件材料比较薄、外形尺寸较大、形面几何形状复杂、成形难度系数大、冲压工艺补充以及模具设计较复杂,开发制造难度较大。

随着有限元及计算机辅助设计制造技术的快速发展,尤其是板料成形分析软件的开发和应用,实现了大型模具的高效设计,Dynaform分析软件包含板料尺寸计算、模面设计、成形性分析3大模块,几乎包含了冲压模面设计的各个要素,如确定最优冲压方向,设计工艺补充、拉延筋、模具圆角等,还可以确定压边力的大小、压力机吨位等。分析软件可以预判断成形过程中冲压板材的起皱、裂纹、减薄、回弹、刚度等情况,并且可以评估表面质量及板材成形性能,从而为实际模具的成形工艺分析、模具设计提供参考[3];另一方面,利用计算机辅助设计技术,在模具设计与制造的初期,可以初步估计成形的质量效果,如果方案不可行则能及时修改,节省了模具制造和模具调试的时间。

本课题基于柳州五菱汽车制造有限公司真实案例,对五菱汽车尾门成形工艺进行分析,利用Dynaform软件进行汽车尾门成形模拟,探究汽车尾门在成形过程中出现的问题的影响因素,例如压边力大小、冲压速度、模具间隙、摩擦系数、拉延筋参数和材料参数等各种因素,最终获得成形性能和质量优越的工艺参数,这对降低汽车生产成本、节约资源、保护环境等都具有进步性意义。

1.2板料成型模拟技术国内外研究现状分析

板料成形是材料加工成形的一个重要分支,它广泛应用于汽车、航天、航空、家电等部门。随着现代工业的发展,板料成形件越来越复杂,人们对板料成形的质量和速度的要求也越来越高[4]。传统的板料成形模具的设计依赖的是经验和直觉,井且通过反复试验、调试来保证成形的质量。这不仅需要消耗大量的人力和物力,而且周期长,效率低,不能适应社会发展的需要。上世纪70年代以来,人们逐渐以数值模拟技术为辅助设计手段,大大降低了生产制造的成本。然而,由于板料成形是一种复杂的力学过程,其中包含儿何非线性、材料非线性、接触非线性等强非线性问题,影响的参数非常多,这对数值模拟技术造成了极大的挑战。虽然目前板料成形的数值模拟软件已经商业化,但板料成形的模拟技术还不够完善,仍然是国内外研究的热点[4-5]。接下来将从板料成形摩擦处理、成形极限图和成形缺陷几个方面说明板料成形模拟技术的国内外发展现状。

1.2.1摩擦处理

板料成形过程是板料相对于模具运动变形的过程,所以板料成形的结果必定受到板料与模具之间摩擦力的影响。研究表明,摩擦力与以下一些参数有关:接触压力、滑动速度、钢板和模具的材料特性、表而粗糙度、润滑剂和同向变形[5]。尤其是板料厚度/板料面积很小时,摩擦力对板料的流动和最后的应变分布有重要影响。除此之外,研究还表明,摩擦力的大小还与模具的几何特性有关。

因此对摩擦力描述的正确与否直接影响到数值模拟的精确性。传统的用于有限元模拟的摩擦力模型有两种:一是Amonton准则[5];另一个是固定摩擦(constantfriction)τ=mk,k是剪应力。1976年Wanheim和Bay提出了一个通用的模型用来描述摩擦力:在正应力比较低(q/σ0lt;1.5)时摩擦力正比于正应力。面当正应力比较高(q/σ0gt;3)时摩擦力为一常数,中间为过渡区间。S.B.Petersen等人将其运用于大塑性变形[5]的情况,综合运用模拟和实验的方法对3种模型进行了比较,研究结果表明Wanbeim-Bay模型能够更加精确地反映实际情况。赵振铎等人从微观角度出发,指出在变形过程中,真实接触面积只占名义接触面积很小的一部分,并对板料与模具相对滑动时的摩擦力学模型进行了初步的探讨。有关数值模拟之摩擦模型的研究还有待进一步深入。

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