基于CADCAE的拼焊板桶形件冲压成形工艺设计毕业论文.doc

本科毕业设计说明书（论文）第I页共页目录1绪论.11.1选题背景.11.2拼焊板冲压成形研究现状.31.3主要研究目标及内容.41.4论文的组织结构.52拼焊板冲压成形工艺理论分析.62.1拼焊板成型理论.62.1.1拼焊板单向拉伸时的应力、应变关系.62.1.2拼焊板成形的变形特点.72.1.3拼焊板桶形件拉深工艺.82.2影响拼焊板冲压成形的主要因素.92.2.1凸凹模圆角半径.102.2.2压边圈.102.2.3压边力.102.2.4焊缝位置.112.2.5板厚比.112.3拼焊板圆桶形件冲压成形的常见缺陷.112.3.1起皱与破裂.112.3.2焊缝的移动.123拼焊板桶形件有限元建模方法.143.1CAE仿真软件的简介及选取.143.2板料成形有限元数值模拟过程.153.2.1仿真步骤.153.2.2模具和毛坯的CAD建模.163.2.3前处理工作.193.2.4后处理工作.204基于数值模拟的拼焊板桶形件成型仿真及分析.234.1仿真建模.234.1.1凹模、凸模、压边圈以及板料的CAD建模.234.1.2CAD文件保存.244.1.3模型导入.244.1.4网格划分.24本科毕业设计说明书（论文）第II页共页4.1.5焊接.254.1.6网格检查/网格修补.254.1.7调整位置.254.1.8定义材料和板厚.264.1.9定义凸模运动和压力.264.1.10计算.264.1.11后处理.264.2压边圈对拼焊板桶形件成形影响分析.274.3压边力大小对拼焊板桶形件成形影响分析.274.4凸模行程对拼焊板桶形件成形影响分析.304.5板厚比对拼焊板桶形件成形影响分析.314.6焊缝位置对拼焊板桶形件成形影响分析.334.7凹模圆角半径对拼焊板桶形件成形影响分析.344.8方案分析及总结.35结束语.38致谢.40参考文献.41本科毕业设计说明书（论文）第1页共42页1绪论1.1选题背景自从国际钢铁协会提出超轻量钢制车身的规划以来，国外工业发达国家均加大了对车身轻量化技术的研发力度和推广应用新技术的速度1。在实现车身轻量化的先进制造技术中，激光拼焊板的研发与应用，成为汽车界和冲压界研究的热点。中国的激光拼焊板技术应用起步较晚，直到2002年10月25日，我国第一条激光拼焊板专业化商业生产线才在武汉正式投入运行。目前，国内激光拼焊板需求量迅速上升，国产高品质车型，如：帕萨特、别克、奥迪、雅阁等都开始采用激光拼焊板。基于这种情况，宝钢集团在2004年11月和12月相继在上海和长春成立了激光拼焊板生产公司。冷轧钢板激光拼焊技术主要应用在汽车门内板、底板、立柱等不等厚钢板的拼焊中，通过将不同或相同厚度、强度、材质的冷轧钢板切成合适的尺寸用，成为汽车界和冲压界研究的热点。完善拼焊板的制造工艺、开发高效自动化拼焊钢板生产线、研究拼焊板的冲压成形性能与成形极限、针对汽车车身典型覆盖件对采用拼焊板时的成形工艺进行研究等成为当今汽车界的热门课题。拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂镀层的钢材用激光把边部对焊，焊接成一块整体板，以满足零部件对材料性能的不同要求。经过冲压等工序后成为汽车的部件2。激光拼焊是汽车生产的先进技术，于1985年正式应用，已在欧、美、日各大汽车厂和形状，然后用激光焊接成一个理想的整体（即拼焊板）。汽车企业用这种拼焊板冲压成特定的零件。激光拼焊板是目前汽车车身设计中被广泛应用的新技术，它可将经不同表面处理、不同用激光焊的方法，自由组合使之成为一个毛坯件。轿车零部件采用激光拼焊板可以减少零件数量，减轻构件重量，为生产宽体车提供可能。激光焊接几乎可以不受限制地把厚度、牌号、等级、镀层等不同的钢板连结在一起，制成各种形状的零件，大大提高了汽车设计的灵活性，不仅大大减少了模具数量，还增加了材料利用率，也使车身结构大大简化3。激光拼焊板已广泛应用于汽车制造业，采用激光拼焊板工艺不仅能够降低整车的制造成本、物流成本、整车重量、装配公差、油耗和废品率，而且可以减少外围加强件数量，简化装配步骤，同时使车辆的碰撞能力、冲压成型率和抗腐能力提高。此外，本科毕业设计说明书（论文）第2页共42页由于避免使用密封胶，也使其更具有环保性。激光焊技术的应用可使产品质量和生产率提高、制造成本降低，这项技术的应用对推动汽车工业的技术进步具有重要意义。具体表现在：（1）零件数量的减少，以及随之而来的生产设备和制造工艺简化，大大提高了生产效率，降低整车制造及装配成本；（2）由于产品的不同，零件在成形前即通过激光焊接工艺焊接在一起，因而提高了产品的精度，大大降低了零部件的制造及装配公差；通过部件的优化减轻了重量；（3）激光拼焊是把基板的边部对焊在一起，由于不再需要加强板，也没有搭接接缝，大大提高了装配件的抗腐蚀性能；通过消除搭接提高部件的耐腐蚀能力，大大减少了密封措施的使用；（4）通过对材料厚度以及质量的严格筛选，在材料强度和抗冲击性方面给零部件带来本质的飞跃，同时改良了结构，在撞击过程中，可以控制更多的能量得到吸收，从而改良车身部件的抗击冲撞能力，提高车身的被动安全性；（5）实现对材料性能的最充分的利用，达到最合理的材料性能组合；（6）材料厚度的可变性以及其可靠的质量，保证了在对某些重要位置的强化改进可以顺利进行；（7）对产品的设计者而言增加了产品设计的灵活性。一个零件，如果某个部分需要提高强度，则这部分的厚度也要增加，在设计时只需在某个部分提高强度和厚度而不需要在整个零件都增加强度和厚度。目前，拼焊板在汽车发达国家已经被成功应用于内覆盖件、外覆盖件和骨架件等车身零件的冲压生产中，如图1.1所示4。图1.1拼焊板在车身覆盖件上的应用举例然而，由于拼焊板相对于普通光板具有焊缝、板厚不等、材料性能不同等特点，给拼焊板冲压成形带来了一些缺陷，如焊缝的不均匀移动、起皱、破裂、回弹等。