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多工位级进冲压工艺分析及成形全工序数值模拟

魏光明  
【摘要】:我国汽车工业的快速发展,为汽车零部件提供很大的市场需求空间,其中95%以上都需要模具来制造。目前国内汽车冲压模具的制造技术水平还相对落后,无法很好地去应对这个市场。而采用标志着冲模技术先进水平的多工位级进模可使生产效率提高数倍甚至数十倍。采用高强度钢时汽车零部件的厚度可减薄,是实现汽车轻量化的重要途径。采用有限元数值模拟进行虚拟试模,可以减少物理试模,缩短模具开发周期。本论文的研究课题来源于广东省高等学校高层次人才项目(项目编号:x2jqN9101140)“高强度钢板汽车结构件多工位级进模精确设计技术研究”、广东省部产学研项目(项目编号:2010B090400094)“高强度钢板件多工位级进模虚拟制造技术及产业应用”。 本文针对成形难度较大的某汽车高强度钢板安装座零件,借助于有限元数值模拟手段,研究其级进冲压工艺,完成级进冲压成形中所涉及的正拉深、反拉深、弯曲、整形等的全工序数值模拟,预测冲压过程中出现的拉裂、起皱等各种缺陷,获得有利于级进冲压的工艺参数,并通过试验研究验证了数值模拟的有效性及合理性。最后将研究结果应用于生产,冲制出合格的安装座零件。本文研究内容和结论如下: (1)采用一步逆成形分析法对该零件成形性进行了详细分析,并与Dynaform中毛坯尺寸工程模块相结合对单件毛坯形状进行了反求,根据关键成形工位模拟结果对毛坯形状进行优化修正可以使最后冲制出的零件达到较高的尺寸精度。 (2)零件的加强筋部位由于变形程度较大,采用正、反两次拉深。正拉深起预成形储料作用,可以有效减少拉薄现象,提高成形质量。反拉深后进行切边,之间设空工位避免干涉。对于制件不同平面上的冲孔和弯曲,通过改变制件与载体的夹角来实现,据此安排了两次弯曲与冲孔。 (3)通过工艺分析,设计了13工位的排样方案,并对单排、单侧载体和双排、中间载体两种排样方式进行对比分析,得出采用双排、中间载体方式可以提高零件生产效率和材料利用率,有利于进行大批量生产。 (4)在UG中建模,利用HyperMesh进行有限元网格划分可以消除导入Dynaform中的条料局部失真现象。采用多工位多工序方法,对多工位级进冲压成形过程进行全工序数值模拟。特别对成形关键所在的第三、四工位的正、反拉深进行了详细分析,通过对凸包形状进行修正及毛坯优化后重新建模获得了理想的模拟结果。解决了多工位多工序级进冲压数值模拟中的工序间历史信息传递、有限元建模问题和模具干涉等关键技术问题。 (5)对该零件进行了级进冲压试验,通过对成形后的工序条料中的正、反拉深工位的板料厚度进行测量,并与相应的数值模拟得到的板料厚度进行对比分析,得出模拟与试验结果比较一致,最大相对误差为8.4%,验证了采用多工位多工序数值模拟方法的有效性以及合理性。


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