基于仿真的拼焊板方盒件冲压成形因素.研究与变压边力预测

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1、硕士论文基于仿真的拼焊板方盒件冲压成形因素研究及变压边力预测1绪论1．1选题背景近年来，随着全球对环保、能源和安全问题的日益重视，减轻汽车质量、节能降耗减排和提高汽车安全性能已成为是汽车工业发展的三大主要方向【l】。据统计，汽车质量每减少50kg，每升燃油行驶的距离可增力H2km；汽车质量每减轻1％，燃油消耗下降0．6％．1．0％t引。汽车的轻量化设计不仅可以降低生产成本，而且可以节约燃料和改善风阻系数。因此，早在1994年国际钢铁协会专门成立了由18个国家35家钢铁公司组成的ULSAB(ultralightsteela

2、utobody)项目组，该项目组在1998年提出了ULSAB．AVC(ultralightsteelautobody．advancevehicleconcept)项目p’4】，认为除结构优化外，成形新工艺(拼焊板技术)和新型超轻材料(如镁铝合金)的应用是汽车最主要的减重方法，而且，在成形工艺方面，30％以上的零件采用了拼焊板技术，旨在通过车辆的整体设计来实现车身的轻量化。传统上，汽车覆盖件的生产一般采用整体成形和分离成形工艺【5】。其中分离成形工艺是将多个简单单元分别冲压成形后再焊接成一个复杂的目标零件，其优点是增加了板

3、料选择的灵活性，可以根据不同单元的要求选择板料等级、镀层类型、板料厚度，但却增加了冲压和模具成本(需要更多的模具和压机)和装配成本(需要焊接)，另外对零件形状要求很高，累积误差使得车身质量不易保证。而整体成形是使用同样等级镀层和厚度的板料一次同时成形多个简单单元，这种方法虽然可以减少模具和压机数量、降低装配成本、消除多个单元装配所需形状配合问题，但其主要缺点是必须从零件的全部单元所需板料中选择出具有最大厚度和最佳成形性能的板材，从而造成某些单元的选材过度浪费并导致车身质量和成本的增加，且成形难度增加【6】。近年来，为了克

4、服分离成形和整体成形的缺点，减轻质量，加强零件局部抗腐蚀能力，提高强度和刚度，一种按零件不同的性能要求，将不同厚度、形状、成分、性能、材质以及不同表面涂层的板料焊接在一起形成冲压成形前的毛坯，然后经冲压成形后获得高性能冲压件的拼焊板(Tailor-weldedblank，TWB)冲压成形技术【7j逐步发展起来了。它的主要优点如下：(1)满足产品各部分对材质、厚度、涂层、性能等不同的要求，提高了产品设计的灵活性，缩短了设计和开发的周期。(2)减少零部件的数量，减少车身重量，减少模具数目，降低材料消耗，减少了大量冲压加工的设

5、备和工序，缩短了模具的安装过程，简化车身制造过程。(3)提高产品结构整体性能，改善装配精度。(4)大大提高了原材料的利用率，降低了成本。1倾I镕i(5)解决了板材宽度的限制问题，为尺寸较大的产品如宽体车的生产提供可能。目前拼焊板在汽车工业”]和航天制造业中得到了广泛的应用。尤其是在汽车工业，出拼焊板生产的汽车零部件己经成功地应用于车身骨架件、外覆盖件，内覆盖件，如位于车]两侧的A、B立柱，车门内扳，纵粱．底板，轮罩，内后挡板，横梁缓冲嚣等，如图11所示I川”。幽I1采川拼焊扳的汽下部tj：然而，由于拼焊板相对于普通光板具

6、有焊缝、板厚不等、材料性能不同等特点，给拼焊板冲压成形带来了一些缺陷，如焊缝的不均匀移动、起皱、破裂、回弹等。此外，还带来了材料的冲压成形性能降低，冲头易磨损，压边圈需改型等问题。本课题即针对拼焊板的冲压成形的常见缺陷和问题，以简单的非轴对称零件——方盒形零件为研究对象．从智能数控冲压机床的设计要求出发，首先通过文献查阅分析确定影响拼焊板冲压成形前的主要可选择变化因素：压边力、焊缝位置、板厚比及凹模圆角半径．继而运用DYqqAFOILM对它们对拼焊板冲压成形的影响进行单固豢的仿真分析，找出这些因素对拼焊板方盒形件冲压成形

7、的基本影响规律；进而提出采用正交试验方法寻找拼焊板方盒形件冲压成形过程中这些因桑的较优水平组合，提高了工艺参数优化设计的效率、减少丁试模时州、降低了生产成本，并为今后复杂拼焊板拉深件冲伍成形的工艺参数优化提供方法和指导。最后运用人工智能的方注着重对冲压过程中的主要可控变量——压边力进行了预测，为现实生产过程中对压边力实施过程智能控制提供可能，对下一步智能数控冲压机床的研究设计具有十分重要的现实和理论意义。1．2国内外研究现状目前，拼焊板技术的主要问题是焊接工艺和冲压成形工艺。目前国内外对拼焊板冲压成形的研究主要集中以下三

8、个方面：(1)拼焊扳成形性能的研究，对拼焊板变形机理进行研究，寻找影响拼焊板成形的因素：(2)拼焊板不均匀变形规律的研究，如焊缝移动规律及控制的研究；(3)冲压成形过程变量控制的研究，研制有效的工装摸2硕士论文基于仿真的拼焊板方盒件冲压成形因素研究及变压边力预测具与设备，采用合理的工艺措施，控制拼焊板坯料在冲压成形过