板料冲压仿真系统分析及模具设计中的应用

浙江大学博士后学位论文板料冲压仿真系统分析及模具设计中的应用姓名：金杰申请学位级别：博士后专业：化工机械指导教师：童水光20020901板料冲压仿真系统分析及模具设计中的应用作者：金杰学位授予单位：浙江大学相似文献(10条)1.期刊论文李刚三维冲压成形客车件模具设计系统软件开发与研究-光电技术应用2003,18(5)基于Solidworks三维平台,采用Access,SqlServer及VB编程语言,通过调用SolidWorks的API应用编程接口进行客车件冲压成形模具软件系统的设计和开发.论述了三雏冲压成形模具的设计过程,并给出了三维冲压成形模具设计系统的体系结构和系统的设计实例.2.学位论文陈婷杆系柔性成形模具及板料冲压成形关键技术2008板料冲压成形技术是一种重要的制造技术，在汽车、船舶、航空、日用品和国防等工业中都有广泛的应用。但在板料冲压成形加工中也存在一些问题，其中有：1、模具制造成本高，模具通用性差；2、板料在冲压过程中的起皱现象。随着机电产品向多样化、个性化方向发展，板件加工批量越来越小，板件加工必然向柔性化加工方向发展，这就需要研究板料冲压成形模具的可重构技术，以控制板件的加工成本与时间。本文首先分析和总结了国内外各种可重构模具的优缺点，从理论分析、试验、有限元模拟三个方面介绍了板料起皱的研究现状。探讨在板料冲压成形技术中存在的问题。阐述了曲面板件冲压成形机理，分析了球面板件在冲压成形过程中的受力状况；随后结合板条的受压失稳原理，研究板料起皱机理，得出板料起皱的临界条件。本文的重点是探讨减少板料起皱的基本方法与思路，提出从板料成形工艺与模具结构入手，抑制板料起皱的方法。通过对板料起皱机理的分析，提出了一种可重构的板件成形加工模具——杆系柔性成形模具。该模具以柔性杆为单元，若干个柔性杆组合成一个阵列，通过调节各杆的长度以及更换不同形式的冲压头，使各冲压头表面根据加工件的表面形状近似地组合成相应的曲面，从而组成一定尺寸的模具冲压面，最终构成冲压成形模具。同时提出了一种冲压加工工艺——多点压板成形冲压工艺，并且通过理论分析与演算证实该工艺与杆系柔性成形模具相结合可以显著地减少板件在成形过程中的起皱现象。课题在研究过程中使用可重构的杆系柔性成形模具对典型曲面板件(球面板件)、不对称曲面板件(半球面板件)以及空间复杂曲面板件(马鞍形板件)进行了冲压试验研究。目的是为了验证该模具的可重构性；该模具的板料冲压加工特性以及对成形过程中出现的起皱等缺陷的抑制效果。本课题研究的杆系柔性成形模具将板料成形、压边、顶料融合一体，具有可重构、低成本、高效率、成形精度高等特点。将多点压板成形冲压工艺与该模具相结合，可以减少板料的起皱现象。相信随着研究工作的不断深入，模具结构将不断完善。该模具对中小批量的曲面板件冲压加工具有明显的优势，其应用前景十分广阔。3.期刊论文王立影.林建平.朱巧红.田浩彬.胡琦.WANGLi-ying.LINJian-ping.ZHUQiao-hong.TIANHao-bin.HUQi热冲压成形模具冷却系统临界水流速度研究-机械设计2008,25(4)为保证热冲压过程中模具具有良好散热效果,优化超高强度钢板热冲压成形模具冷却系统设计,提出热成形模具冷却系统中的临界水流速度.采用解析法建立热冲压模具冷却系统中模具与支撑柱及水流传热模型,获得临界水速的解析公式;通过计算机数值模拟的方法,分析了冷却水流速度对模具向支撑柱和向水流传热的热流密度的影响,验证了临界水速的存在性,继而探索了临界水速下支撑柱半径对模具散热量的影响.结果表明,热冲压模具冷却系统中,水流速度达到临界水速时,模具冷却系统中支撑柱尺寸及有无支撑柱均不影响模具总散热量,即冷却系统中水流速度为临界水速时,模具设计可不考虑支撑柱尺寸的影响,从而给优化热冲压模具冷却系统设计提供了理论支持.4.会议论文梁军生.李泉永高速精密多工位级进冲压成形模具中的模块化技术2002模块化技术的应用是近年来高速精密多工位级进冲压成型模具的主流发展方向之一.这一技术的实施过程与高速精密多工位级进冲模的总体模具结构设计技术、模块化的冲压排样技术以及CAD/CAM一体化应用技术紧密相关.模块化技术的引入对提高高速精密多工位级进冲模的设计制造质量,缩短模具生产周期,增强模具的可靠性及可维护性等方面均具有十分重要的现实意义.5.学位论文邓兆虎板料卷圆的回弹控制及模具型面修正方法研究2008金属板料冲压成形作为一种重要的材料加工方法，被广泛地应用于汽车、家电、航天等行业。在板料成形领域，板料的回弹是冲压成形过程中不可避免的现象，回弹量的大小决定了工件的成形质量，它的存在直接影响了冲压件的成形精度以及后续的装配。随着汽车工业和航空工业的发展，对工件成形精度的要求越来越高，特别是近年来由于高强度钢板和铝合金板材的大量使用，回弹问题变得更为突出，所以回弹问题一直是冲压领域研究的热点，如何在设计模具前准确掌握回弹的规律及大小、如何确定模具的结构、如何选取成形过程中的冲压工艺参数等问题对实际生产过程中减小和控制板料冲压成形的回弹具有重要的指导意义。近来，通过板料卷圆然后进行焊接而制造的管材在汽车、航空、航天、输液、输气等领域的应用越来越多，而掌握板料卷圆回弹的规律，提高板料卷圆的精度，减少板料卷圆回弹并为焊接工艺提供良好的焊接条件是提高这类管材质量的重要保证。有鉴于此，本文以板料卷圆回弹为研究对象，将有限元模拟技术、正交试验方法、人工神经网络和现代最优化方法综合应用于板料弯曲回弹的预测、控制和补偿中，为实际生产中控制回弹、提高工件成形质量提出了新的思路。主要研究内容如下：板料卷圆成形回弹的理论分析。讨论了板料卷圆回弹的特点，分析了板料卷圆成形时的应力应变关系。通过对应变硬化材料弯曲成形时的应力状态进行分析，推导了应力、应变与回弹量之间的近似计算关系式，剖析了影响板料卷圆回弹的主要因素。这些分析为进一步研究板料卷圆的回弹控制提供了理论基础。同时，本文还进行了板料卷圆回弹的试验研究，得到了不同材料性能参数、板料厚度、冲压成形力、润滑条件等工艺参数对板料卷圆回弹的影响规律，为后文的板料卷圆的回弹控制研究提供了准备。多工步成形回弹数值模拟研究。首先分析了有限单元法求解板料冲压成形问题的原理，根据不同的有限元模拟求解方法的应用限制并结合板料冲压回弹的特点，得出适合于板料冲压回弹预测的动/静混合的序列求解方法，然后对如何提高有限元数值模拟方法的回弹预测精度进行了研究，总结了可以同时保证计算效率和计算精度的有限元数值模拟相关参数设置的方法。最后对多工步成形回弹的有限元模拟方法进行研究，并解决了采用数值模拟方法进行多工步成形回弹仿真时出现的板料与模具的干涉及各工步间模拟结果的信息传递等问题。同时以板料卷圆为例进行了板料二次弯曲成形的回弹预测，验证了考虑多工步成形回弹的数值模拟方法要优于只考虑最后工步成形回弹的方法。基于人工神经网络和现代最优化方法的回弹控制方法研究。根据计算机辅助工艺设计方法通过基于知识的推理和基于知识的决策来实现工艺参数优化的原理，将人工神经网络技术和现代最优化方法相结合通过建立冲压成形工艺参数与工件回弹量的映射关系，并采用现代最优化方法对建立的模型进行优化，求解出工件回弹量达到最小时冲压成形的工艺参数，以实现通过调整工艺参数来控制冲压件成形后的回弹大小。针对传统RBF人工神经网络建立时容易陷入局部最优值的问题，提出了一种基于小生境遗传算法的GRNN神经网络，利用遗传算法全局优化的特点克服了初始设置对神经网络建立的影响，同时本文还采用梯度法对新建立的神经网络作进一步精炼以解决遗传算法局部优化不足的缺点。通过对验证函数进行拟合，结果表明提出的人工神经网络模型对高度非线性问题具有良好的逼近能力，可以实现冲压工艺参数与回弹量之间复杂的非线性映射关系。针对传统最优化方法全局寻优能力不足和对目标函数梯度信息要求较高等问题，为了实现冲压成形工艺参数的优化设计，提出了一种集进化策略算法和GRNN神经模型于一体的冲压工艺优化回弹控制方法，同时对进化策略算法进行改进，解决了传统进化策略进行全局优化时出现的效率不高的问题。以板料卷圆为例进行通过工艺参数优化的回弹控制，试验结果表明本文提出的回弹控制方法解决了传统工艺参数调整方法的盲目性和低可靠性的难题，提高了冲压工艺参数设计的准确性，实现了对回弹的有效控制。模具型面修正算法研究。提出了一种基于回弹反向补偿原理和变形传递函数的模具型面修正算法-RSM-DTF修正算法。该方法充分利用了数值模拟方法和试验迭代法的优点，首先在有限元模拟的条件下，采用基于DA回弹补偿原理的模具修正算法进行模具型面的修正，然后根据数值模拟得到的模具型面进行实际的模具修正，如果由于模拟的结果和实际有偏差而使得修正的结果未满足尺寸精度要求，则采用基于变形传递函数的模具修正迭代算法在实际条件下进行模具的修正，直至获得理想的模具型面尺寸。针对基于DA的回弹补偿方法在模具型面修正迭代过程中补偿因子不容易确定的问题，本文还提出采用响应曲面法来计算模具型面的形状以代替补偿因子的迭代过程。通过对板料卷圆成形的第一次弯曲过程进行回弹补偿，结果表明该方法对模具型面的精确设计和回弹补偿具有较好的指导作用。所提出的模具修正算法既克服了数值模拟方法与实际结果存在偏差的问题又可以减少试验迭代算法的修正次数，提高了模具修正的效率。6.期刊论文黄禹潇.闫康康.郭威.申国哲.HUANGYu-xiao.YANKang-kang.GUOWei.SHENGuo-zhe板材冲压成形CAE分析软件KMAS在汽车覆盖件模具设计中的应用-北华大学学报（自然科学版）2005,6(3)阐述了汽车覆盖件模具设计及制造的特点和技术要求,冲压成形CAE技术在车身设计及生产工艺设计分析中的重要作用.以某货车纵梁应用CAE软件KMAS进行产品设计及工艺优化为例,提出了在进行车身件产品设计及模具设计中如何在最短时间得到最优化的工艺方案的方式和实施过程.该方案对解决车身零部件生产中常见的破裂和回弹两种缺陷具有指导意义,可以有效降低模具制造乃至整车制造成本.7.期刊论文邱晓刚.黄跃东.QIUXiao-gang.HUANGYue-dong汽车顶盖零件冲压成形的数值模拟研究-锻压技术2009,34(4)使用Pro/E软件对汽车顶盖零件进行三维建模,建立了零件的工艺补充面和压料面,并转换到DYNAFORM中建立了零件的有限元模型.应用DYNAFORM软件进行模拟计算分析,研究了摩擦系数、模具间隙、材料参数(n,r值)等因素对零件成形的影响.结果表明,模具与板料之间的摩擦系数、模具间隙及材料参数n值对板料的流动有重要作用,对冲压结果有显著影响.8.学位论文王明辉板材冲压成形数值模拟之回弹量研究2000板材冲压成形是一种金属成形的重要方法,在机械加工工业中占有重要地位,但是成形过程中所存在的回弹现象却一直是获得理想成形件的主要障碍之一,它经常导致成形件的最终尺寸与预期值存在一定的偏差.冲压件的回弹是由残余应力引起的成形表征现象,主要包括卸载回弹与切边回弹两种情况.为了弥补回弹造成的成形偏差,往往需要改进成形工艺或修正模具.该文结合汽车覆盖件冲压成形与模具设计CAD/CAE/CAM一体化系统国家九五重点科技公关项目和冲压成形与模具设计的基础理论、计算方法与关键技术国家自然科学基金重点项目的研究,对板材冲压成形数值模拟之回弹量进行了初步研究.研究工作的主要内容概括如下:该文提出以形心主惯性系矢为回弹量评价客观参考系的回弹量评价理论,并将其植入塑性大变形有限元软件KMAS系统,由回弹前后一一对应的节点坐标在客观参考面上较客观地计算出各节点相应回弹位移量.该文将模具修正量优化理论引入KMAS系统,试图通过改变回弹后构件的形心主惯性坐标系矢即其空间位置,找到回弹位移量之和的最优值,以期为后续模具修正创造便易条件.该文考证了节点约束对回弹计算的影响,做了U型件及两个复杂零部件的回弹数值模拟算例.9.期刊论文李奇涵.王科飞.王立威.李奇涵基于数值模拟技术的板料冲压成形