汽车覆盖件成形中拉延筋应用的数值模拟分析

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1、致谢在我即将完成我论文之际，衷心的向我的导师陈文琳副教授致以诚挚的谢意!在三年的硕士研究生的生涯中，无论是从课程学习、论文选题，还是课题研究，做人做事，我都受到导师悉心的教导!导师严紧的治学学风，渊博的专业知识和超凡的敬业精神，时刻都在激励我前进!在此向我的导师送上深深的祝福：祝愿陈老师工作顺利、合家欢乐、心想事成!真诚感谢在论文选题、课题研究和评阅中给予我帮助的刘全坤教授、薛克敏教授、李萍教授、陈忠家副教授，他们给我提供了宝贵的建议，给与我很大帮助。感谢材料学院所有关心我的各位老师!特别要感谢合肥众邦科技公司的彭凤春总经理及左志高和晏民两位高工

2、。在课题研究的整个阶段，他们给了我宝贵的意见和无私的帮助，给我提供了理论和实践结合的机会，使得论文得以顺利完成。在此向他们表示深深的谢意和由衷的感激!感谢师兄苗亮、胡龙飞、胡成亮，以及本届李伟、朱玉生、来亚敏、程伟、肖飞等同学的热心帮助，在此表示衷心的感谢!深深的感谢我的父母家人和朋友对我的关爱与支持!作者：王世东2007年3月第一章绪论1．1引言汽车覆盖件大多是由复杂的自由曲面组成。在拉延成形中，坯料上各部分的变形状态相当复杂，差别很大，各处应力也很不均匀，这使得板料在成形时各处沿凹模的流动速度不均匀，造成拉压后的覆盖件有些部位起皱，有些部位出

3、现裂纹。为了改善板料的流动情况，通常在凹模口部设置不同的拉延筋，改变板料在凹模口部的流动阻力，使得整个零件的流动速度均匀，从而提高零件的成形质量。l-2拉延筋概述1．2．1拉延筋的原理拉延筋通常由两部分组成，如图1．1所示：压边圈上的凸筋和压料面上的凹槽。拉延筋的作用原理⋯是板料通过拉延筋时将产生两种阻力：板料与拉延筋的摩擦力和板料通过拉延筋时产生的弯曲与反弯曲变形力。如图1．1所示的半圆形拉延筋，当板科流过拉延筋时在标有1、2、⋯⋯、6的部位产生弯曲与反弯曲变形力。在冲压件成形过程中，拉延筋阻力将作用于板料上，对板料施加拉延阻力。凹槽图l一1半

4、圆形拉延筋断面示意图1．2．2拉延筋的作用拉延筋是板材拉延成形中的主要控制手段。在覆盖件的成形中，通过在压边圈和凹模表面设置拉延筋是改善成形工艺，提高成形质量的有效措施。拉延筋有以下作用【z—J：(1)增加进料阻力。拉延筋阻力是由坯料通过拉延筋时的弯曲与反弯曲变形力、摩擦力以及因变形硬化引起的再变形抗力增量几部分组成。这些变形所需要的变形力加上筋与板料表面的摩擦力都直接作用在板料上，增加了板料流动的进科阻力。(2)调节进料阻力的分布。通过对拉延筋的位置、根数和形状的适当配置，使拉延过程中各部分流动阻力均匀，坯料流入模腔的量适合制件各处的需要，从而

5、调节材料的流动情况，增加坯料流动的稳定性。(3)降低对压料面精度的要求。不用拉延筋时，压料面表面精度要求较高，即要求平整、光滑、贴合、均匀；使用拉延筋后，压料面间隙可适当加大，表面精度可适当降低，减少模面制造工作量和压料面的磨损。(4)增加零件的刚性。通过增加径向拉应力。促使板料承受足够的拉胀成形，对于大曲面平坦零件成形时，设置拉延筋可产生很大的径向拉应力使材料充分变形，减少由于变形不足而产生的回弹、松弛、扭曲、波纹、收缩等。(5)提高零件表面质量。可防止因凸缘周边材料不均匀流动造成的皱纹进入修边线内，减轻或消除大底角筒形件、球形件和锥形件等零件

6、中间悬空部分因材料集中发生的内皱现象。(6)稳定生产，降低废品率。使用拉延筋可建立所需的应力状态，增大径向拉应力，减小切向压应力，减少由于起皱、压边力以及板料厚度变化等原因而产生的废品，使拉延过程稳定。(7)对板料有校整作用，纠正坯料的不平整缺陷，提高材料的拉延性能。1．2．3拉延筋的应用现状拉延筋设计简单，位置灵活，效果明显。但是，由于实际工程问题的复杂性和模拟仿真技术的限制，拉延筋结构的设计和位置的布置主要还依靠生产经验和试验，实际上还是处于“试凑”状态，这大大地降低了生产效率和使用效果，同时还增加了生产成本【4J。随着基于有限元方法的数值模

7、拟技术的发展，针对板料成形的数值模拟技术也逐渐成为解决工程问题的重要分析手段。数值模拟技术使得拉延筋布置由物理试错逐渐向计算机虚拟试错过渡。但是经验法仍占有主要主导地位，主要靠试模时进行调整和打磨，这一费用占总费用的20％以上【5】。直到今天，拉延筋的精确模拟仍然具有很大的困难，尤其是基于静力隐式算法的模拟。这主要是因为拉延筋的尺寸很小，形状也比较复杂，要精确考虑板料与拉延筋的接触，势必要求很细的有限元网格，这不仅降低了计算效率，还增加了数值求解的难度，可能会导致求解时收敛困难t6,7】。因此迫切需要一种能够刻画拉延筋特征的更好的等效方法，其中比

8、较成熟的方法之一就是构建接触等效拉延筋模型【6胡】，目前许多商业软件都先后增加了这种模型，只是不同的软件有不同的等效拉延筋策略【10】。