曲面零件冲压成形的理论研究与优化

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1、摘要板料冲压成形是一种重要的塑性加工方法，在现代汽车工业中的应用越来越广泛，汽车行业日益激烈的竞争，不仅要求提高冲压的生产效率，而且对冲压生产工艺的优化控制提出了更高的要求。因此，冲压工艺技术方法的不断完善和提高，一直是板料成形技术的研究热点。随着计算机软硬件技术，有限元技术及计算机图形学等学科的迅猛发展，基于数值模拟的计算机辅助工程技术(CAE)在板料成形领域得到了广泛应用。曲面零件是研究汽车覆盖件这类零件的基础。基于胀形和拉深复合变形的曲面成形，与普通拉深有不同的变形特点，但在冲压工艺的各种资料中，曲面零件成形工艺设计一般仍

2、沿用普通拉深工艺，存在理论分析的滞后问题。因此本文从两个方面对曲面成形进行了系统研究：一是理论模型，分别从应用几何解析对成形机理，应用主应力法对成形力、压边力模型等进行了深入的讨论和研究。二是基于数值模拟的CAE技术，基于弹塑性有限变形理论和ANSYS有限元软件，开发了曲面成形的有限元分析程序，模拟了曲面冲压成形过程。压边力的控制是冲压成形中防止法兰区起皱的主要控制手段，实现压边力的优化控制，对充分利用板料成形性能，提高成形极限具有重要意义。本文在推导变压边力数学模型基础上，提出了“双变”理论，并基于ANSYS对变压边力控制进行

3、了有效的数值模拟，得出了优化的变压边力控制曲线。本文对曲面零件的成形机理，力学分析，有限元数值模拟，变压边力控制等进行了详细的论述和研究，建立了全面成形力和压边力解析公式，上述工作有助于“曲面零件成形”这一新理论的进一步完善和发展，能为复杂曲面零件冲压工艺提供理论指导，也为更复杂的冲压成形过程的研究奠定了基础。关键词：曲面零件；数值模拟；有限元分析；ANSYS软件；变压边力控制；“双变”理论mAbstraetSheetstampingisthemostimportantplasticworkingmethodandit’Sapp

4、liedtOautomobilewidelymoreandmore．Withtheincreasinglydrasticmarketcompetitioninautomobileindustry，itrequiresnotonlyhighproductionefficiency，butalsooptimizedcontrolontheproductionprocess．Sothecontinuousimprovementofsheetstampingtechniqueandprocesshasbeentheresearchhot

5、spotofsheetformingallalong．Withtheswiftandviolentdevelopmentofcomputerhardwareandsoftware，finiteelementmethodandcomputergraphics，thecomputeraidedengineefing(CAE)technologybasedOilnumericalsimulationiswidelyusedinsheetformingfield．Surfacepartsarethefoundationinresearc

6、hingofautomobilecoverparts，astheircomplexforming，includingexpandinganddeepdrawing，isdifferentfromthenormaldeepdrawing．Butaccordingtomostofthecurrentstampingprocessdocuments，thesurfacepartformingprocessdesignisstillusingthesalneasthenormaldeepdrawing，itmeansthetheoret

7、icanalysisislaggedseverely．Thepaperpresentstheresearchonthesurfacepartformingbasedontwosidesasfollowing：OnesideiStheoreticmodel．Wehavediscussedandresearchedthetheorycarefully，suchas：analyzingtheformingmechanismwithanalyticgeometrymethod，analyzingthemechanicsmodelwith

8、main-stressmethodrespectively．TheothersideiSCAEtechnologybasedonnumericalsimulationBasedontheelastic-plasticfiniteelementtheoryands