数值模拟对薄板冲压成形工艺设计的优化

成形数值模拟是板料冲压加工领域中的虚拟制造技术。通过研究薄板冲压成形数值模拟关键技术(弹塑性本构关系、单元技术以及积分求解策略)，将一个简单零件的拉深模拟所进行成形工艺参数的优化设计，应用在某轿车结构件——风窗横梁加强板，根据数值模拟的计算结果，通过修改坯料尺寸、压边力和拉深模压料面形状等工艺边界条件，来实现复杂拉深件成形工艺参数的优化设计，最终获得符合质量要求的产品拉深件。     

冲压速度对双相钢B340/590DP拉深成形性能的影响

运用数值模拟和拉深实验研究了不同冲压速度对双相钢B340/590DP板材拉深极限系数的影响。数值模拟显示,随着冲压速度由10 mm·s~(-1)增加到60 mm·s~(-1),0.8 mm厚的板料减薄率由11.473%增大到16.638%。相同工艺参数的伺服压力机对板料进行拉深实验的结果表明,冲压速度大于60 mm·s~(-1)时,易在成形中出现拉裂现象,数值模拟有限元模型得到的成形极限性能与实际拉深实验数据有较好的一致性。对滑块的运动速度轨迹进行控制的拉深成形模式下,拉深深度超过10 mm时再调高冲压速度,可以减少拉裂、起皱等缺陷。在伺服压力机的使用中合理地设置初始和后续成形速度,能提高拉深成形的极限速度,从而提高加工成形效率。     

实际拉深筋与等效拉深筋的对比研究

采用动力显式有限元软件eta/Dynaform对等效拉深筋模型和实际拉深筋模型进行有限元计算,讨论了初始压边力和虚拟冲压速度对板料通过拉深筋后变形行为的影响,对比分析了有限元计算结果;通过实际测试对模拟计算结果进行了验证.研究表明:应用等效拉深筋模型不能精确的模拟板料通过实际拉深筋时的变形行为,实际拉深筋模型受初始压边力的影响比等效拉深筋模型要大;同时得到了虚拟冲压速度合理的取值范围.     

一种新型材质轿车前悬架横梁加强件冲压工艺

分析了一种新型材质轿车前悬架横梁加强件零件材质的特点,制定了其冲压工艺。设计了拉深模并对模具进行了调试。运用Dynaform软件,分别对料片拉深和落料后拉深的冲压成形过程进行数值模拟。对比模拟结果,确定合理的工艺方案,进一步优化工艺参数和模具结构。经生产实践验证,该模具工作状态良好,冲件质量稳定。     

基于冲压成形分析的横梁拉深模设计

以汽车覆盖件为研究对象,根据板料成形特点,利用PAM_STAMP软件对横梁冲压过程进行数值模拟,确定最佳工艺参数后,用UG NX6软件完成横梁的拉深模设计,模具结构合理。     

AZ31镁合金板材温热冲压数值模拟与实验研究

采用Gleeble3500热模拟实验机进行了单向拉伸实验,分析了AZ31镁合金板材的力学性能;以此实验数据为基础,对温热冲压过程进行了数值模拟,研究了拉深温度、压边力等工艺因素对镁合金板材成形性能的影响;通过极限拉深比实验,对数值模拟结果进行了实验验证。结果表明:在极限拉深温度150℃,极限拉深速度15 mm/s,固定压边力的工艺条件下,极限拉深比能够达到2.5。模拟结果表明:模拟结果和实验结果具有良好的一致性;采用变压边力可以明显提高板材的冲压性能,极限拉深比将达到5.0。     

汽车用5182铝合金板温冲压实验研究及数值模拟

以5182铝合金板本构方程为基础,采用ABAQUS有限元模拟软件对5182铝合金板温冲压过程进行数值模拟,研究冲压温度和冲压速度等工艺因素对板材成形性能的影响;通过温冲压实验探讨5182铝合金板在不同冲压温度、冲压速度下的极限拉深比(LDR)。实验及模拟结果表明:冲压速度为0.1 mm/s时,合金的LDR值并非随着温度的升高而单调增加;冲压温度为523 K时,随着冲压速度的增加,LDR值逐渐降低;5182铝合金板的冲压性能主要受变形过程中板材的温度梯度与应变速率的影响;模拟结果与实验结果具有良好的一致性。     

基于Dynaform的印涂铝盖拉深速度的数字化设计

在非线性有限元软件Dynaform平台上,以1725印涂铝盖首次冲压拉深成形为例,在保持其他工艺参数不变的条件下,对不同拉深速度下的冲压拉深成形过程进行了数值模拟。结果表明:1725印涂铝盖首次冲压拉深能避免拉裂现象的速度范围为2000~6000 mm·s-1(不包括2000和6000 mm·s-1)。研究了最大壁厚、最小壁厚、最大壁厚与最小壁厚的差值,以及增厚率、减薄率、竖直壁的厚度方差等参数的变化规律,结果发现:1725印涂铝盖首次冲压拉深的合理的速度范围为4000~5500 mm·s-1,其中,4000 mm·s-1是更为理想的拉深速度。最后通过生产试验证明,拉深速度为4000 mm·s-1时可以生产出质量较为理想的合格产品。     

发动机罩外板拉深回弹的数值模拟分析

发动机罩外板结构简单,表面平直,曲率半径大,整体高度低。如果对外板拉深成形时的毛坯形状与尺寸、冲压方向与速度、拉延筋布局与结构以及压边力大小、凸凹模间隙、摩擦润滑等工艺因素的选择或控制不当,则容易导致其卸载后的回弹量增大。文章以eta/DYNAFORM软件为计算平台,利用正交实验法,对某轿车发动机罩外板的拉深回弹现象进行了数值分析,并在此基础上确定了控制回弹的拉深工艺参数和模具结构参数。实验结果表明,该外板零件的拉深回弹呈扭曲倾向,即存在一部分区域上翘,而另一部分区域下陷,其中下陷趋势较上翘明显。根据数值模拟分析得到满足外板技术要求的最优拉深工艺参数和模具结构参数组合为:压边力900kN,虚拟冲压速度1000mm/s(相当于实际冲压速度的10倍),拉延筋高度6mm,凸凹模间隙0.8mm。     

尾门外板冲压成形数值模拟及伺服拉深实验

为降低外覆盖件冲压生产成本,对尾门外板材质替换进行可行性分析.采用DC53D+ ZF替换原有的DC54D+ ZF板材,利用Auto form软件对其拉深成形过程进行数值模拟,在冲压速度恒定的情况下,调整压边力和拉深筋阻力无法得到满足要求的成形件;利用机械压力机对替换材质DC53D+ ZF进行拉深实验,实验结果与模拟结果一致.之后利用伺服压力机对替换材质进行拉深实验,通过降低拉深速度可以得到满足质量要求的合格制件,并通过设置机械手传输和覆盖件拉深成形关键点参数,拟合得到尾门外板伺服拉深曲线.     

冲锻成形过程拉深增厚工艺的有限元分析

结合冷挤压与拉深工艺的特点,以双杯形工件为对象,提出了冲锻成形过程的轴向推力拉深增厚工艺,即在反向拉深的同时,对坯料侧壁施加轴向推力,进行强力拉深以达到拉深并增厚的目的。采用有限元模拟软件Dynaform研究了拉深增厚工艺中材料的流动规律,分析了压环和压边圈的形状、压环运动速度、压边力、凸模与凸凹模之间的间隙对工件最小厚度和内壁最大厚度的影响。结果表明,压环能有效促进材料由外壁流向内壁圆筒,工件最小厚度和内壁最大厚度随压环速度增加单调递增,但均存在一个极值。     

轿车非典型U形件冲压成形工艺及模拟研究

利用板料成形模拟软件Dynaform对某轿车非典型U形件的冲压成形过程进行模拟,研究凸、凹模间隙、凸模速度、摩擦因数等对板料成形后厚度的影响,经多次模拟及对模拟结果进行分析,确定可行的成形工艺参数,用于指导实际生产。     

基于响应面模型和遗传算法的汽车发罩外板冲压工艺参数多目标优化

以汽车发罩外板为例,将压边力、冲压速度、凹模与板料间摩擦系数和凸模与板料间摩擦系数作为工艺参数变量,以拉延工序最大减薄率和修边工序后最大回弹量为优化目标,应用中心复合试验设计(CCD)及有限元模拟获取样本数据。由试验数据建立二阶响应面模型,结合非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)实现多目标优化,得到优化的工艺参数组合为:压边力为1145kN,冲压速度为3480mm·s~(-1),凹模与板料摩擦系数为0.106,凸模与板料摩擦系数为0.13。基于优化的工艺参数指导模面回弹补偿分析并试模,研究结果表明,发罩外板实际冲压成形质量较好。     

Analysis of punch velocity dependent process window in micro deep drawing

Micro forming is an appropriate technology to manufacture very small metal parts, in particular for bulk production, as they are required in many industrial products resulting from micro technology. Deep drawing provides a great application potential for the manufacturing of parts with complex shapes, even in very small dimensions. Concerning the so called size effects micro deep drawing is widely investigated. However, this process is carried out usually under laboratory conditions with a relatively low punch velocity, for example 1 mm/s. At the same time, the light weight of the forming tools for micro deep drawing makes it possible to vary the punch velocity in a relatively large range. Furthermore, raising the punch velocity is very meaningful for mass production in industry. Thus micro deep drawing with the punch diameter of 1 mm was performed with different punch velocities (1, 10 and 100 mm/s) in this work, whereby the process behaviour, especially the experimentally acquired process window changes with variation of punch velocities. The analysis in this work shows that the velocity dependent friction coefficients are responsible for the difference in process windows under different punch velocities.     

汽车底盘横梁拉伸时压边力与摩擦润滑条件的数值分析

建立了汽车横梁拉伸的有限元模型,通过数值模拟与实验对比分析,在此基础上讨论了压边力与摩擦润滑条件对板料拉伸过程的影响。     

基于DYNAFORM的汽车前防撞梁支撑板的拉延模具设计

汽车覆盖件是以冲压件为主的零件,而作为生产冲压件的冲压模具的设计,与汽车覆盖件的成形质量息息相关。利用DYNAFORM仿真软件对某汽车防撞梁支撑板进行了拉延仿真,并依据仿真结果对其冲压速度、拉延筋布置方案、压边力、凸凹模间隙等参数进行选取和设计。通过分析厚度变化云图,采用厚度差来评价成形结果,确定了具有较好成形效果的参数组合。仿真结果表明:在确定了拉延模具采用等效实体拉延筋的设置后,压边力为360 k N、冲压速度为4000 mm·s-1、凸凹模间隙为0.66 mm时,可获得最好的成形效果。本设计及其仿真结果为其他类型的汽车防撞梁支撑板拉延模具设计提供了有效参考。     

基于综合设计的覆盖件冲压工艺优化

针对正交实验设计方法的不足,提出结合正交实验设计和响应面模型(等径设计)的综合设计方法.以汽车行李箱盖的冲压拉延过程为例,进行冲压工艺优化设计.选择拉延筋、摩擦系数(凹模与板料、凸模与板料)、压边力、凸凹模间隙、冲压速度为实验的6因素,每个因素选取3水平,以最小减薄率为质量评价标准,进行综合设计,获得了各因素对最大减薄率的影响规律,得到了最优的关键工艺参数.并利用最优值进行了数值模拟仿真,验证了方法的可行性与实用性.     

制动毂挡尘盖拉深成形过程的应力应变分析

在大型CAD软件Pro/E中建立了汽车车轴制动毂挡尘盖拉深成形的凸凹模模型,运用大型商用有限元软件MSC.Marc,对其拉深成形过程进行了数值模拟.分析金属材料在拉深时的流动情况及挡尘盖在拉深后的应力应变分布规律,重点研究了压边力和凸凹模间隙对板材成形性能的影响,分析了起皱和破裂产生的原因、特点、影响因素以及预防措施等.模拟及试验结果表明,工件在拉深时,凸缘部分材料易产生失稳起皱现象;凸、凹模之间的间隙是影响盒形部分产生破裂的主要原因.当刚性压边圈与凹模之间的间隙减小到1.2倍的料厚时,能获得表面质量光滑的合格件;当凸凹模及浮动凸凹模之间的间隙大于料厚时,能确保拉深过程顺利进行.     

汽车座椅外侧板单动拉延成形工艺分析及优化

以某型号汽车座椅外侧板为例,采用Auto Form软件对座椅外侧板拉延成形过程进行模拟分析,并根据分析结果预测出拉延过程中的拉裂风险。通过调整零件的圆角半径和修改局部结构,消除了开裂风险,降低了最大减薄率。为取得更好的成形效果,选取压边力、摩擦系数、冲压速度、凸凹模间隙4个重要成形工艺参数进行正交试验及参数优化,得出最优工艺方案为:压边力250 k N、摩擦系数0.13、冲压速度1000 mm·s-1和凸凹模间隙2.42 mm,最终零件的最大减薄率为24.33%,最大增厚率为6.54%。采用优化后方案进行实际拉深试模,得出零件的成形性能与有限元模拟结果一致,工件质量完全符合设计要求。     

变薄拉深模具的改良设计

因设计安装在第四步工序的变薄拉深模具失效（主要表现在凸模应力集中处断裂、触点保护开关无法检测）,造成模具及传送机械手严重损坏。通过对模具结构的分析,提出了将凸模加工成整体、应力集中处在距离拉深零件稍高地方的改良方案。改良后的模具效果明显,不但改变了凸模的断裂位置,还由于加大了应力集中处的截面积,增加了抵抗各种应力的强度,提高了凸模的使用寿命。拉深次数从原来的四、五十万次提高到二、三百万次,同时也减少了关联工序的模具损坏。