高強(qiáng)度薄板拉深模具結(jié)構(gòu)分析關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、輕量化的要求使汽車用鋼板的強(qiáng)度等級(jí)越來越高。高強(qiáng)度鋼板的廣泛應(yīng)用給沖壓生產(chǎn)帶來一系列問題：高強(qiáng)度鋼沖壓模具非正常損毀頻繁，高強(qiáng)度鋼沖壓模具安裝調(diào)試?yán)щy，沖壓生產(chǎn)對(duì)工藝參數(shù)波動(dòng)敏感。 針對(duì)困擾企業(yè)的問題，本文圍繞改進(jìn)的沖壓模具設(shè)計(jì)流程，在目前模面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將模具結(jié)構(gòu)分析加入流程，并且在進(jìn)行板料成形分析和模具結(jié)構(gòu)分析時(shí)，考慮沖壓生產(chǎn)中常見的噪聲因素和波動(dòng)，嘗試從沖壓模具結(jié)構(gòu)分析的角度，對(duì)高強(qiáng)度鋼沖壓生產(chǎn)中困擾企業(yè)的問題進(jìn)行分析。

2、論文取得的研究成果如下： 在目前軟硬件水平下，針對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的沖壓成形模具，提出了一種基于板料成形數(shù)值模擬的沖壓模具結(jié)構(gòu)分析方法，有效地解決了有限元求解精度和求解規(guī)模之間的矛盾，可以求解整個(gè)沖壓過程中模具上的應(yīng)力、變形以及部件之間接觸作用的演化規(guī)律。系統(tǒng)推導(dǎo)了實(shí)現(xiàn)該方法的關(guān)鍵技術(shù)-載荷映射算法，將板料成形數(shù)值模擬獲得的，整個(gè)成形過程中，變形板料和模面之間的接觸力準(zhǔn)確高效地映射移置到模具結(jié)構(gòu)分析有限元模型上。 針對(duì)板料成形數(shù)

3、值模擬獲得的變形板料和模面之間的接觸力存在明顯波動(dòng)問題，分析了波動(dòng)產(chǎn)生的原岡和波動(dòng)的特點(diǎn)，針對(duì)性地使用數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的濾波技術(shù)對(duì)此波動(dòng)接觸力進(jìn)行處理。對(duì)比了數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的幾種濾波器，發(fā)現(xiàn)FFT低通濾波器處理此波動(dòng)接觸力效果好、魯棒性強(qiáng)。采用濾波后的接觸力進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)分析，獲得的模具應(yīng)力和變形等結(jié)果與實(shí)際吻合更好，而且模具結(jié)構(gòu)分析有限元求解時(shí)間大大縮短。 在理論研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了沖壓模具結(jié)構(gòu)分析載荷映射和建模輔助工具，設(shè)計(jì)

4、開發(fā)了沖壓模具動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變采集系統(tǒng)。分析了高強(qiáng)度鋼DP600雙曲底面盒形件拉深過程中模具上的應(yīng)力和變形情況，利用沖壓模具動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變采集系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。進(jìn)一步分析了高強(qiáng)度鋼DP600階梯底而盒形件沖壓模具導(dǎo)板對(duì)成形過程中偏載的吸收作用，設(shè)計(jì)加工模具進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。針對(duì)某高強(qiáng)度鋼DP600轎車側(cè)底板件拉深模具，實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜沖壓模具的結(jié)構(gòu)分析，分析出的模具危險(xiǎn)部位與實(shí)際模具破裂位置一致，證明了所提方法的有效性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

5、針對(duì)高強(qiáng)度鋼沖壓生產(chǎn)對(duì)工藝條件敏感、沖壓模具安裝調(diào)試?yán)щy的問題，分析了壓邊力壓邊(BHF)和間隙壓邊(BHG)兩種壓邊方式下、兩類典型沖壓件(第一類以拉深為主，第二類以脹形為主)的成形性和模具結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)： ①第二類沖壓件對(duì)壓邊力波動(dòng)不敏感， ②第一類沖壓件的成形性對(duì)壓邊間隙很敏感； ③BHF壓邊方式下，一定范圍內(nèi)變化的壓邊力對(duì)兩類沖壓件凸模成形載荷的影響都不太顯著； ④BHG壓邊方式下，稍大或稍小

6、的壓邊間隙都使凸模成形載荷升高； ⑤BHF壓邊方式下，壓邊力越大，壓邊力在壓料面上的分布越均勻，但壓邊力變化對(duì)凸模成形載荷在成形模面上的分布影響很??； ⑥BHG壓邊方式下，稍大或稍小的壓邊間隙都使壓邊力在壓料面上的分布更不均勻，但壓邊間隙變化對(duì)凸模載荷在成形模面上的分布影響很?。?⑦壓邊圈上的最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在法蘭增厚最嚴(yán)重部位，比按照名義單位壓邊力計(jì)算出的值要大的多，凸模上的最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在凸模圓角處，但并不

7、一定在凸模成形載荷最大的時(shí)刻；⑧BHF壓邊方式下改變壓邊力，或者BHG壓邊方式下改變壓邊間隙，兩類沖壓件模具凸模和凹模上的最大等效應(yīng)力變化不大，但是壓邊圈上的最大等效應(yīng)力變化顯著。 針對(duì)高強(qiáng)度鋼沖壓生產(chǎn)對(duì)噪聲因素敏感、沖壓件質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，分析了坯料初始厚度波動(dòng)、壓邊力變化、坯料定位誤差以及模具安裝定位誤差對(duì)DP600雙曲底面盒形件拉深模具成形載荷、變形和應(yīng)力的影響，發(fā)現(xiàn)： ①凸模安裝定位繞X(Y)軸轉(zhuǎn)動(dòng)誤差對(duì)凸模沿Y

8、(X)方向偏載影響最顯著； ②在較小變動(dòng)范圍內(nèi)，凸模沿Z方向的最大成形載荷基本與坯料初始厚度成正比，凸模沿Z方向的最大成形載荷隨壓邊力增大而增大，但是顯著性較坯料初始厚度波動(dòng)引起的小的多； ③凸模上的最大應(yīng)力不儀取決于成形過程中的凸模最大載荷，還取決于載荷在凸模成形模面上的分布； ④偏載對(duì)凸模的變形影響很顯著。 利用本文提出的基于板料成形數(shù)值模擬的沖壓模具結(jié)構(gòu)分析方法，可以在模具制造前，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度剛度校