高強(qiáng)度鋼板沖壓模具偏載分析及拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、輕量化是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，近年來國際上主要的汽車輕量化項(xiàng)目，如ULSAB-AVC、ABC、NSC等的研究成果表明，高強(qiáng)度鋼板在車身結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)汽車減重和提高安全性能的有效途徑。但與此同時(shí)，由于高強(qiáng)度鋼屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度高，沖壓模具受力惡劣，因此模具設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)憑借經(jīng)驗(yàn)，人為放大安全系數(shù)以保證模具安全，造成模具整體重量增加，間接造成其制造成本和使用成本上升。為了解決高強(qiáng)度鋼板沖壓模具過于厚重的問題，本文在國家863項(xiàng)目（編

2、號：2007AA04Z130）的支持下對階梯形底面盒形件拉伸模具中壓邊圈的結(jié)構(gòu)分析及拓?fù)鋬?yōu)化方法進(jìn)行了探索，提出了一種以減重為目的的模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其核心是以板料成形數(shù)值模擬和模具結(jié)構(gòu)分析為載體，以模具結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化為實(shí)現(xiàn)手段，此方法通用性強(qiáng)，可推廣到該模具其他結(jié)構(gòu)的分析和優(yōu)化中。主要的研究內(nèi)容及相關(guān)成果如下： 選用階梯形底面盒形件拉伸模具作為研究對象，將偏載因素的影響引入沖壓模具結(jié)構(gòu)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化中。通過敏感性分析闡明了導(dǎo)板結(jié)

3、構(gòu)在模具中的作用，揭示了偏載產(chǎn)生的原因。 如何在板料成形模擬中獲取凸模導(dǎo)板與壓邊圈導(dǎo)板之間的側(cè)向接觸力是研究中的一個(gè)難點(diǎn)。由于傳統(tǒng)成形模擬中的工具剛性-板料彈塑性有限元模型難以獲得剛性工具體之間的接觸力，故考慮利用LS-DYNA建立工具部分彈性-板料彈塑性的成形有限元模型來實(shí)現(xiàn)側(cè)向接觸力的獲取。模擬結(jié)果證明該方法是有效的。 在壓邊圈結(jié)構(gòu)分析的研究中，通過載荷映射的方法，將成形模擬中提取的節(jié)點(diǎn)載荷加載到壓邊圈結(jié)構(gòu)分析有限元

4、模型上，以力的邊界條件的形式來處理復(fù)雜的接觸問題，避免了漫長的迭代計(jì)算。實(shí)踐證明該方法大大提高了計(jì)算的效率?；趬哼吶Y(jié)構(gòu)分析的結(jié)果，深入剖析了壓邊圈在整個(gè)拉深過程中的受力特點(diǎn)，明確了側(cè)向接觸力對壓邊圈結(jié)構(gòu)的影響，為拓?fù)鋬?yōu)化的順利進(jìn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 基于以上研究，建立了考慮多個(gè)關(guān)鍵載荷步的壓邊圈拓?fù)鋬?yōu)化有限元模型，并采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化求解器OptiStruct進(jìn)行求解，獲得了較為全局的優(yōu)化結(jié)果。利用NX對迭代計(jì)算后得到的壓邊圈拓?fù)鋬?yōu)

5、化初始結(jié)果進(jìn)行CAD重構(gòu)，確定最終的壓邊圈結(jié)構(gòu)。該優(yōu)化結(jié)果實(shí)現(xiàn)了在性能下降不多的情況下整體減重約28％。比較是否考慮側(cè)向接觸力的壓邊圈拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，指出考慮側(cè)向接觸力的必要性。 最后，用物理試驗(yàn)的方法獲取了壓邊圈優(yōu)化前后各關(guān)鍵點(diǎn)處的等效應(yīng)力變化曲線，并將試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對比，兩者變化趨勢較為吻合，證明了所提出的模擬方法是可靠的。此外，通過壓邊圈優(yōu)化前后的試驗(yàn)結(jié)果對比可以確認(rèn)壓邊圈的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果達(dá)到了初始設(shè)計(jì)目標(biāo)，即在保證安