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2,a, ,b , 50086, 50086, a In of by a In E of by E of an of in to of of he of an in of As to of in 1, 2. no t s It is to in is of it at of a In it is to be to so of is be 3, 4. It in 1. In at by is In of of by 3. of is s , p , of m . m by 2), Es is is 0121662249542013 No of of be or in or by (#69714362, 9/16,05:27:40) (1) Fm is m of m, in of of a of to in a of 5. In a by of 70mm 160mm is 2. A 000on of as in 2, at m / h. 075y = 455 = x 10 v= s E = 711 of in 2 of of on of is 3. of is of of of 180It is to to to of 3 of 4 of （）（J）24955 E of by E to we m as an to of m is 6. = (2) )= 1 , 2 is u is t b is of in +=+= 3) =mF (3) of m=E 7on of E of in In to of it is to of an of of 5, (a) (b) (c) (d) e) 20mm 80mm 075to E of 0 ms as we is a), of a) (b) (c) (d) e) 180is a). We of (a) (b) (c) (a) (b) (c) (d) (e) (d) (e) 5 of 6 70s of EM 956 to to . to be 7 8 In on as 9(a). FE as (b). (a) （b） 9 of is 10. of of of 0 We by 12511391). 1 A M S 32 (2007), 2 M A M 2006) 3 H. R. . 46(2008), 4 X. Y. X. L. Y. Y. Li . G. 29( 2005), 5 Q. F. et 2009) 6 A et 3001) （J）（） （）no 24957 本 科 生 毕业设计（论文）原创性及知识产权声明 本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有，本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 汽车保险杠铝成型组件有限元分析及工艺优化 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。 本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵 循北华航天工业学院有关毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。 特此声明 毕业设计（论文）作者： 指导教师： 年 月 日 年 月 日 第 1 页 本科生毕业设计 (论文 ) 外 文 翻 译 原 文 标 题 文 标 题 汽车铝合金能量吸收组件的有限元分析和形状优化 作者所在系 别 作者所在专业 作者所在班级 作 者 姓 名 作 者 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 完 成 时 间 2017 年 3 月 译文标题 汽车铝合金能量吸收组件的有限元分析和形状优化 原文标题 作 者 an 译 名 刘艳杰，丁林 国 籍 中国 第 2 页 庆芬，王丹 原文出处 应用力学与材料 1662 24954 013 士 译文： 关键字 有限元分析 铝合金 形状优化 能量吸收组件 摘 要 ： 在本研究工作中，通过有限元（ 对汽车铝合金能量吸收组件的结构进行了仿真分析和优化设计。使用 件进行数值模拟。汽车能量吸收组件通常制成薄壁管结构。 在本文中，管是采用铝合金材料。对薄壁管的有限元模进行分析， 通过比较理论结果和有限元模型结果，得到的结果为二者具有良好的相关性，这表明数值分析是可靠的。 为提高薄壁管的耐冲击性，将注意力集中在找到一种最佳横截面形状上。 对所研究的几种类型的横截面比较， 结果表明，当采用带槽的方形洁面时，管的耐冲击性明显提高。 引言 汽车的安全性一直是汽车研究领域的一个重要问题。在世界范围内， 交通事故都是一个严重的社会问题。在中国，由于汽车高速撞击造成的死伤的案例，一直是人们关注的焦点。然而 ,由于低速碰撞通常发生在城市的交通拥堵区 1， 2 。对于人员没有较重伤害，因此低速度碰撞没能引起人们的注意。正因为如此，研究低速撞击中涉及的技术问题，就显得尤为必要。薄壁管通常装在汽车前端，是汽车发生碰撞时能量吸收的重要部件之一。在低速碰撞事故中，薄壁管将会在人的身体受到冲击之前，预先吸收撞击所产生的能量，使乘客舱的受损变得最小化，乘客可以幸存 3， 4。薄壁管在车身的位置如图 1 所示。 本文采用有限元（ 法对汽车吸能部件进行了低速冲击试验研究，并进行了理论验证。并以此优化薄壁管的形状。 有限元建模 主要性能评价参数：在正面低速碰撞的情况下，管材吸收冲击能量，主要通过塑性变形降低冲击载荷峰值 3 。该管的最重要的性能评价参数是通过塑性变形吸收的总冲击能量 击力峰值 管的压缩位移 m。 方程 (1)给出的平均冲击力 ,式中， 总的冲击能量吸收， ) 术平均值 ,随着 增加，管的吸收能量将增加。 大，能量吸收越大，乘客的安全更有保障。因此，在不超过许可峰值的前提下，平均冲击载荷越大，吸收性能越好。 模型的建立：薄壁管，特别是方形截面的薄壁管，一种常见的汽车防碰撞装置， 第 3 页 因为它们相对便宜，通用和高效的吸收能量。导致他们被用于各种各样的冲击加载应用 5 。 在本文中，利用 先创建了一个方形截面管的轴向低速冲击的有限元模型，（ 70、长 160 ），管有限元网格如图 2所示。 刚性板 1000置在管的顶部，如图 2所示，轴向冲击速度为 小时，管是用 7075铝合金制造的模型，屈服强度 y= 455度 = x 10 松比 v= 033 ，杨氏模量 E = 71 图 1 图 2 仿真分析：模拟了方形截面管在轴向低速冲击下的吸能特性。冲击载荷与位移的曲线如图 3 能量曲线所示。位移显示如图 4 所示。其中，冲击载荷峰值是能量吸收的重要参数之一，为 237427于允许值 180了提高吸能特性，必须对管进行优化设计，特别是降低冲击载荷峰值。 图 3 图 4 理论验证：通过比较理论和有限元模型结果，验证了方形截面铝合金管的有限元模型。由于空间的限制，我们只能采取平均冲击负荷的 例。一些研究人员已经进行了实验研究，以更准确地预测工程应用的临界应力。其中，矩形截面薄壁管平均冲击载荷的经验公式为 2 。 3 (2) 当 0 = 12（ 02 + u)，其中 02屈服强， t 是壁厚 ,第 4 页 截面的宽度时，对于目前工作中使用的材料，有： 0=（ 02+ u） /2=（ =此，平均冲击载荷计算由方程（ 3）计算得： 70/ 平均冲击载荷理论计算结 有限元模型的结果 7结果表明，理论计算结果与有限元模型结果的平均差异为 结果相关性良好。为后续的分析结果提供了依据。 优化设计 横截面的形状优化：为了提高碰撞箱的能量吸收特性，优化薄壁管的形状结构是必要的。首先关注的是找到一个最佳的横截面形状的管。五种类型的薄壁管进行了研究和比较。管截面几何形状如图 5 所示，其中，（一）方形、圆形截面（ B），（ C）六边形截面，（ D）和（ E）八角形截面、矩形截面。所有的管子都长 120的是同一圆周 2807075 铝合金材料。根据相同的有限元建模方法和边界条件，对五铝合金管进行了数值模拟。 20 毫秒后冲击载荷下的管倒塌显示如图 6 所示。 对比仿真结果（能量与位移和冲击载荷与位移）如 图 7 图 8 所示。我们可以得出结论为：最好的横截面是形状方形截面（ a），峰值冲击负荷对不同截面形状的管分别为： (a) (b) (c) d)(e) 比允许值 180很多。其中，形状（ a）所受载荷最低。因此我们采取薄壁方形截面管的进一步优化设计。 图 5 图 6 由于薄壁管受到冲击，管子发生内外反复收缩变形，如图 4 所示。根据变形趋势集槽，冲击载荷将减少 。 第 5 页 图 7 图 8 本文采用方形截面管上的凹槽，如图 9（ a）所示。有限元模拟的结果（带凹槽的方形铝合金模型变形，管和冲击载荷与位移的）如图所示 9（ b） 。 图 9 图 10 图 10 中给出了没有槽和槽的管的比较。 结果表明，当采用槽时，方形截面薄壁管的能量吸收特性明显。 当冲击载荷的峰值为 70 ，与无槽 。 因此，我们得出结论，通过选择适当的横截面和采用适当的凹槽， 可成功对 薄壁铝合金材料的形状 进行 优化。 第 6 页 致 谢 这项工作得到了黑龙江省教委科技项目（ 12511391）的财政支持。 第 7 页 参考文献 1 A M S 32 (2007), 2 M A M 2006) 3 H. R. . 46(2008), 4 X. Y. X. L. Y. Y. Li . G. 29( 2005), 5 Q. F. et 2009) 6 A et 3001) 第 8 页 指 导 教 师 评 语 外文翻译成绩： 指导教师签字： 年 月 日 第 9 页 注： 1. 指导教师对译文进行评阅时应注意以下几个方面：翻译的外文文献与毕业设计（论文）的主题是否高度相关，并作为外文参考文献列入毕业设计（论文）的参考文献；翻译的外文文献字数是否达到规定数量（ 3 000 字以上）；译文语言是否准确、通顺、具有参考价值。 2. 外文原文应以附件的方式置于译文之后。 毕业设计报告 (论文 ) 报告 (论文 )题目： 汽车保险杠铝成型组件有 限元分析及工艺优化 作者所在系部： 作者所在专业： 作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 理工科类 本科生毕业设计（论文）开题报告 论文 (设计 )题目 汽车保险杠铝成型组件有限元分析及工艺优化 作者所在系 别 作者所在专业 作者所在班级 作 者 姓 名 作 者 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 完 成 时 间 2017 年 3 月 说 明 1 根据学校毕业设计 (论文 )工作暂行规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告。开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 2 开题报告 应在 指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业教研室论证审查后生效。 开题报告不合格者需重做。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4开题报告中除最后一页外均由学生填写，填写各栏目时可根据内容另加附页。 5 阅读的主要参考文献应在 10 篇以上（ 土建类专业文献篇数可酌减） ，其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。 6参考文献 的书写应遵循毕业设计（论文）撰写规范要求。 7开题报告应与文献综述、一篇外文译文和外文原文复印件同时提交，文献综述的撰写格式按毕业设计（论文）撰写规范的要求，字数在 2000 字左右。 第 1 页 共 5 页 毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 马关益 专 业 车辆工程 班 级 导教师姓名 许文娟 职 称 讲师 工作单位 北华航天工业学院 课题来源 学生自拟课题 课题性质 应用设计 课题名称 汽车保险杠铝成型组件有限元分析及工艺优化 本设计的科学依据 （科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前 技术现状、水平和发展趋势等 ） 一、 汽车保险杠铝成型组件工艺优化的科学意义和应用前景 近年来，随着环境污染、能源枯竭等问题的日趋严重以及国家政策的支持和鼓励，汽车轻量化已越来越被人们所重视，且已逐渐成为当前和未来汽车技术发展的主要方向。 铝合金 具有 密度低，强度高，塑性好等物理特性 ， 在汽车轻量化和提升碰撞安全性能等方面有着出色的表现，越来越受到世界各大汽车厂商的青睐。但由于铝合金晶的体结构与普通钢材存在很大差异，导致铝合金板的成型性能比普通钢板较差，而汽车上的铝合金板材以覆盖件形式居多，形状较为复杂且尺寸轮廓大，导致汽车铝合金覆盖件在冲压成形过程中更容易出现起皱、破裂、变形不足以及回弹等缺陷。这些问题不但导致材料被大量浪费，还增大了零件质量控制以及模具设计的难度，严重制约了铝合金材料在汽车覆盖件上的应用。因此，通过优化工艺方案及工艺参数，探索出一种适合车用铝合金材料的冲压成形工艺来改善铝合金覆盖件的成品率和成形质量，成为铝合金材料在汽车行业广泛使用的关键。 二、 汽车保险杠铝合金板材冲压成型组件回弹问题的国内外研究状况 汽车保险杠铝成型组件属于板材冲压成型件，而对于板料冲压成形后容易出现的弹性恢复问题，自上世纪 50 年代以来， 国内外大量学者对板料回弹问题进行了深入的理论分析、模拟和实验研究。 1、国外研究状况 等人经过多年研究，为板料成形及回弹分析奠定了理论基础。 人研究了变弹性模量对板料回弹的影响。 比较板料成形模拟的静态隐式算法和动态显示算法的特点时指出，将二者结合起来求解回弹问题是一种更加有效的手段。 随着汽车轻量化的不断发展，铝板和高强度钢板等轻量化材料在车身制造中的应用越来越广泛。随之带来严重的回弹问题也引起研究人 员的极大重视，并对其进行了分析和研究。 过数值模拟讨论了冲压工艺参数（如摩擦系数 、凹模圆角半径 凹模间隙 C 等）对 U 形件成形后回弹的影响，模拟结果表明：减小 ，增大 2 页 共 5 页 人采用有限元模拟方法，针对不同形状零件的模具进行回弹迭代补偿，使最终成形后的零件正好符合其形状设计要求。 认为回弹对材料参数的波动变化非常敏感，针对高强度板的大回弹问题，提出了工艺参数优化控制和考虑板料变形历史的模面迭代补偿控制方法。 2、 国内研究状况 国内的板料成形回弹问题研究时间比较短，但也取得了一定成果。付宝连建立了金属成形过程的回弹最小势能原理和最小余能原理，最后将该原理用于悬臂梁和曲梁回弹变形计算。蔡中义教授等提出采用静力隐式算法对板材回弹进行数值分析。刁法玺，张凯锋基于连续介质力学及有限元变形理论，给出了 V 形弯曲回弹的动力显式算法，并开发了有限元分析程序 光等针对板材成形后的切边回弹问题，发明了基于大变形弹塑性有限元理论的切边处理技术 法。章婷，单以才等采用 术，通过建立正交优化试验对 U 形件进行 冲压回弹仿真研究，得出影响铝合金板料成形和回弹精度的数值模拟参数。 在回弹控制方面，李延平，朱东波，卢秉恒对板料回弹进行了较为系统的研究，建立了能对 3D 复杂形状冲压件回弹误差进行有效补偿的闭环控制补偿系统。张立力，曹飞等针对于板材成形中的回弹补偿问题，通过采用通用机械软件 件 开发的回弹补偿的模具设计系统，提出了一个根据工件的几何形状和回弹误差来进行模具补偿的方法。 三 目前发展水平 以目前所在企业来说，汽车保险杠铝合金板材冲压成型组件成品率在 85%左右，其中，以回 弹、破裂的失败率居高。与国外同行业的其他企业相比较，任有较大的提升空间。 第 3 页 共 5 页 设计内容和预期成果 （具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的形式） 一、有限元分析及工艺优化内容 1、根据产品尺寸、技术要求等画出产品零件图（二维、三维），同理画出模具装配图（三维）等相关图纸； 2、结合有限元分析工具（ 分析现有设计中存在的问题，找出导致产品合格率低的相关因素； 3、以分析结果为依据，对现有工艺进行改进或者重新设计新的加工工艺，最终达到提高合格率的目的。 二、预期成果 1、分析部分 1）目标： 根据产品设计要求，完整地画出产品零件 2D、 3D 各 1张，模具零件图若干，装配图 1 张，所画图纸徐能满足产品实际功能且能满足客户要求；并能应用于实际生产中。 2）要求：系统地说明分析过程中问题的解决（确定导致产品合格率低的主要原因，并提出可行的改进方案），若有必要，进行相关计算。 3）分析过程完整有序，计算结果正确清晰（计算过程只需列出已知条件、计算公式，将有关数据代入公式，省略计算过程，直接写出计算结果），文字说明简明通顺。将分析结果整理后，提交公司相关技术人员 ，并请教此结果是否“合理”或“可行”。 4） 任务完成验收时提供材料：分析说明书一份，总装配图 1 张、零件图若干。 2、优化部分 工艺优化部分，要求以公司实际生产情况为基础，提出合理可行的优化建议，并要求提供以下资料，且装订成册： 1）造成目前问题的主要因素分析结果； 2）现有工艺存在的具体问题； 3）合理可行的改进建议或措施； 4）实施改进所需的器件、资金投入、技术支持等； 5) 优化后具体实践数据支持； 6) 优化前后具体结果对比； 第 4 页 共 5 页 拟采取设计方法和技术支持 （设计方案 、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等） 一、 设计方法 查阅资料，了解相关问题的分析解决思路并运用 出产品的零件图和模具装配图。用 行模拟分析，找出解决问题所需因素。 二、 技术要求 通过分析能对现有工艺进行可行有效的优化改进或者能设计新的加工工艺，达到提到产品合格率的目的。 三、 可能遇到的问题 若对 用不熟悉可请教老师； 若所画图纸有问题可请教公司技术人员； 若所需进行实际实验或需要资金支持，可申请公司给予帮 助。 实现本项目已具备的条件 （包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等） 1、 相关参考书籍或文献自己已选定； 2、 实习公司提供实验材料、实验场地、实验设备支持； 3、 从事多年相关工作的技术人员将会提供帮助。 各环节拟定阶段性工作进度 (以周为单位 ) 1 完成开题报告 5 查阅资料，确定具体实施方案 7 周 计算所需参数 8 画出各个零件图和装配图 11 完成有限元分析并提出工艺优化建议或措施 13 细节工作，准备答辩 第 5 页 共 5 页 开 题 报 告 审 定 纪 要 时 间 地点 主持人 参 会 教 师 姓 名 职 务（职 称） 姓 名 职 务（职 称） 论 证 情 况 摘 要 记录人： 指 导 教 师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教 研 室 意 见 教研室主任签名： 年 月 日 本科毕业设计（论文）成绩单 姓 名 班 级 学 号 入学时间 系 别 机电工程学院 专 业 车辆工程 指 导 教 师 职 称 讲师 设计（论文） 起止时间 计（论文）题目 汽车保险杠铝成型组件有限元分析及工艺优化 指导教师评语 成绩 1 指导教师签名： 年 月 日 评阅验收小组评语 成绩 2 评阅人签名： 年 月 日 答辩小组评语 成绩 3 答辩小组负责人 签名： 年 月 日 综合评定成绩 系答辩委员会主任签字： 年 月 日 注： 综合评定成绩 =成绩 1*绩 2*绩 3*0.4 本科生毕业设计 (论文 )文献综述 设计 (论文 )题目 汽车保险杠铝成型组件有限元分析及工艺优化 作者所在系 别 作者所在专业 作者所在班级 作 者 姓 名 作 者 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 完 成 时 间 说 明 1 根据学校毕业设计 (论文 )工作暂行规定，学生必须撰写毕业设计 (论文 )文献综述。文献综述作为毕业设计 (论文 )答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 2 文献综述 应在指导教师指导下，由学生在 毕业设计 (论文 )工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。 3文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4学生撰写文献综述， 阅读的主要参考文献应在 10 篇以上（ 土建类专业文献篇数可酌减） ，其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。 5文献综述的撰写格式按毕业设计 (论文 )撰写规范的要求，字数在 2000 字左右。文献综述应与开题报告同时提交。 第 1 页 共 7 页 汽车保险杠铝成型组件有限 元分析及工艺优化的文献综述 摘要： 近年来，随着环境污染、能源枯竭等问题的日趋严重以及国家政策的支持和鼓励，汽车轻量化已越来越被人们所重视，且已逐渐成为当前和未来汽车技术发展的主要方向。其中，铝合金板材作为一种低密度、高强度、可塑性强的金属材料，受到了越来越多汽车厂商的青睐。然而，在板料成形技术中，起皱、破裂、变形不足和回弹等质量问题也越来越突出， 这不仅造成了大量的材料浪费，还严重制约了铝合金板材在汽车制造中的使用。因此，探索出一种适合铝合金板材冲压成型的优秀工艺，成了当前众多汽车厂商研究的重点。 本文将利 用有限元分析软件 汽车保险杠中铝成型组件的冲压成型进行分析研究，找出导致其出现质量问题的主要因素，并结合分析结果尝试对现有的冲压工艺进行合理优化，达到提高成品率的目的。 关键字： 有限元分析；铝成型；工艺优化 In of of as a of by of in a of of in to a of of In is to of in to 第 2 页 共 7 页 is To of 、 汽车保险杠铝成型组件工艺优化的科学意义及目的 汽车保险杠是汽车上一个重要的结构部件，承受着汽车碰撞时的巨大冲击力，对汽车的安全性起着至关重要的作用。其中，保险杠结构中的部分组件采用铝合金板材冲压成型，而在成型过程中极易出现 起皱、破裂、变形不足和回弹等质量问题，若能通过合理的工艺优化，解决此类质量问题，那么不仅能使车身轻量化的研究更进一步，对于众多汽车厂商来说，还能大大节约成本，提高运经营利润。 二、汽车保险杠铝合金板材冲压成型组件质量问题的国内外研究状况 汽车保险杠铝成型组件属于板材冲压成型件，而对于板料冲 压成形后容易出现的弹性恢复问题，自上世纪 50 年代以来，国内外大量学者对板料回弹问题进行了深入的理论分析、模拟和实验研究。 （一）国外研究情况 等人经过多年研究，为板料成形及回弹分析奠定了理论基础。 人研究了变弹性模量对板料回弹的影响。 比较板料成形模拟的静态隐式算法和动态显示算法的特点时指出，将二者结合起来求解回弹问题是一种更加有效的手段。 随着汽车轻量化的不断发展，铝板和高强度钢板等轻量化材料在车身制 造中的应用越来越广泛。随之带来严重的回弹问题也引起研究人员的极大重视，并对其进行了分析和研究。 过数值模拟讨论了冲压工艺参数（如摩擦系数 、凹模圆角半径 凹模间隙 C 等）对 U 形件成形后回弹的影响，模拟结果表明：减小 ，增大 C 会使回弹更加严重。 用汽车复杂零件顶盖和轮毂作为研究对象，分别对其进行全工序成形及回弹模拟。 回弹会影响零件的形状和尺寸精度，因此一些学者对回弹控制方法进行了相关研究。人讨论了柱形弯曲回弹的模具补偿算法 ，使零件形状得到有效控制。 人采用有限元模拟方法，针对不同形状零件的模具进行回弹迭代补偿，使最终成形后的零件正好符合其形状设计要求。 论了影响板料回弹的因素，并认为回弹对材料参数的波动变化非常敏感，针对高强度板的大回弹问题，提出了工艺参数优化控制和考虑板料变形历史的模面迭代补偿控制方法。 （ 二 ） 国内研究情况 国内的板料成形回弹问题研究时间比较短，但也取得了一定成果。付宝连建立了金属成形过程的回弹最小势能原理和最小余能原理，最后将该原理用于悬臂梁和曲梁回弹变形 第 3 页 共 7 页 计算。蔡中 义教授等提出采用静力隐式算法对板材回弹进行数值分析。刁法玺，张凯锋基于连续介质力学及有限元变形理论，给出了 V 形弯曲回弹的动力显式算法，并开发了有限元分析程序 光等针对板材成形后的切边回弹问题，发明了基于大变形弹塑性有限元理论的切边处理技术 法。章婷，单以才等采用 术，通过建立正交优化试验对 U 形件进行冲压回弹仿真研究，得出影响铝合金板料成形和回弹精度的数值模拟参数。 在回弹控制方面，李延平，朱东波，卢秉恒对板料回弹进行了较为系统的研究，建立了能对 3D 复杂形 状冲压件回弹误差进行有效补偿的闭环控制补偿系统。张立力，曹飞等针对于板材成形中的回弹补偿问题，通过采用通用机械软件 件 开发的回弹补偿的模具设计系统，提出了一个根据工件的几何形状和回弹误差来进行模具补偿的方法。 三、汽车保险杠铝成型组件的发展趋势 随着环境污染、能源枯竭等问题的日趋严重以及车辆技术的不断发展，汽车轻将逐渐成为当前和未来汽车技术的发展趋势。当然，汽车的安全性仍会被人们放在首位。在汽车车身上用铝合金板代替传统钢板可使白车身减重约 40%因此车身 的铝合金化对汽车质量的减重效果是立竿见影的。同时，铝合金材料的使用不仅能使车身减重，而且有助于提高汽车的机动性能，提高乘客的舒适性和安全性。铝的密度仅为钢铁的 1/3 左右，但其具有抗冲击性好、耐蚀性高、散热快、比强度和比刚度高等特点。因此当今世界各大汽车公司为了追求轻量化同时兼顾汽车安全性，都大力开发铝合金车身零部件甚至全铝车身。保险杠组件作为汽车上的一个重要部件，且因其工作时将承受巨大冲击载荷，当然会首先进入人们的视线。 四、 汽车保险杠铝成型组件缺陷分析 由于汽车保险杠铝成型组件形状较为复杂，几何尺寸较大，冲压成形过程中板料与模具不断接触，其所受载荷路径极为复杂，导致变形过程中可能出现起皱、破裂、擦伤以及成型后回弹大等多种缺陷。为了保证零件表面质量和装配精度，这些缺陷是不允许出现在零件上的，这就使得零件成型模具开发设计这项工作变得十分棘手，下面针对上述的主要缺陷进行分析。 （一） 起皱 起皱是保险杆铝成型组件等此类汽车覆盖件冲压成型过程中常见的缺陷之一，它是由于板料在塑性变形过程中受到复杂应力状态而出现的不均匀变形。由于受压成型的板料较薄，在成型过程中厚度方向上的变 形极不稳定。板料内部的压应力一旦超过材料在厚度方向上的失稳极限后，便会产生失稳起皱。当然，板料受到一定程度的不均匀拉应力、剪应力或板内弯曲应力也可能导致板材出现起皱缺陷。起皱缺陷会对尺寸精度和表面质量要求较高的车身覆盖件产生极大影响，严重时直接导致冲压件报废。 第 4 页 共 7 页 解决此类零件起皱问题时，一般可以从改变零件的形状、采用合理的冲压工艺、改善冲压条件和材料性能及模具设计制造等方面入手，最终达到改善和消除起皱缺陷的目的。 （二） 破裂 除起皱缺陷外，破裂也是汽车保险杠铝成型组件冲压成型过程中常见的缺陷之一，它是板料在成型过 程中拉伸失稳的一种主要表现形式。板料变形过程中内部存在拉应力集中区域，随着变形的不断发展，当某处材料所受到的拉应力接近或者超过材料本身的最大抗拉强度时，会相应的产生拉伸失稳，进一步发展成为缩颈，从而出现裂纹或拉裂。保险杆铝成型组件拉延过程主要在以下两种区域出现破裂：一种是出现在板料传力区，主要由于材料强度不够所引起；另一种破裂出现在零件大的塑性变形区，由于材料的塑性性能较差所导致。但是不管哪种破裂形式，拉裂在实际生产中直接影响着产品的成形质量，在实际生产中绝不允许出现此种缺陷。 在冲压成型过程中，很多因素都 有可能引起板料破裂。为防止，可以采取以下措施：根据零件的具体情况选用合适的毛还形状和尺寸；采用机械性能较好的材料作为零件材料；在条件允许的情况下，增大拉裂区域的凸凹模圆角半径；修正模具参数、提供良好的润滑条件；选择优化的压料面形状和合适的压边力；合理设置拉延筋及参数等。 （三） 回弹 板料在冲压成型时发生的变形形式主要包括两部分：弹性变形和塑性变形。成形结束后由于模具和零件逐渐分离，板料会发生弹性回复，导致零件尺寸和形状与标准的冲压件产生偏离的现象称之为回弹。对于以弯曲变形为主要成形方式的保险杠来说，回弹现象是不可 避免的，它严重影响着零件的形状和尺寸精度。当回弹量超过允许误差后就成为影响零件质量的成形缺陷，这就增加了模具调试及成型后校形的工作量，为后续装配带来麻烦。在实际生产中，为了提高汽车整车水平及质量，许多汽车公司对此类汽车覆盖件的成形精度都有严格的要求。 影响零件产生回弹的因素有很多，与成形材料的性能、模具的间隙和零件本身的形状、压边力、摩擦接触等因素都切实相关。解决回弹问题，要根据冲压件的具体形状、尺寸及成型过程的变形特点进行具体分析。 五、总结 汽车保险杠铝成型组件有限元分析及工艺优化的课题，是汽车制造领域 前言性课题，其研究成果不仅适用于汽车保险杠铝成型组件，还适用于诸如此类零件的诸多汽车覆盖件。随着相关学科及汽车制造技术的迅猛发展，人们汽车零配件上的缺陷越来越重视。另一方面，环境污染、能源枯竭等问题也越来越严重，汽车轻量化的问题逐渐成为汽车技术发展的主要方向。铝合金板材由于具有高强度、低密度、低成本等诸多优点，被越来越广泛的使用在汽车上。因此，若能通过合理的分析研究，探索出一种适合铝合金板材冲压成型的优秀工艺，对于汽车制造业来说，将会受益无穷。 第 5 页 共 7 页 六、参考文献 1兰博 值模拟研究 D吉林大学 ,2015. 2舒莉 D重庆大学 ,2007. 3付宝连 J2002,19(6):87 4安治国 ,周杰 ,张渝 镁合金板料成形的影响 J 2009,38(13):5 5王宏雁 ,陈君毅 M北京大学出版社 ,2009. 6杨曼云 ,孙希平 研究 J 2006,(1): 37赵侠 ,傅建 ,余玲 ,等 J 2006, 31(1): 158罗亚军等 J2000,18(6):19钟志华，李光耀薄板冲压成型过程的计算机仿真与应用 M北京 :机械工业出版社 ,1998 . 10， 1994(46)： 29111. 1996, 242: 33 第 6 页 共 7 页 指导教师意见 指导教师： 年 月 日 专业教研室审查意见 负责人： 年 月 日 汽车保险杠铝成型组件有限元分析及工艺优化 指导老师 ： 答辩人 ： 机电工程学院 车辆工程专业 论 文 摘 要 近年来，随着环境污染、能源枯竭等问题的日趋严重以及国家政策的支持和鼓励，汽车轻量化已越来越被人们所重视，铝合金板材作为一种低密度、高强度、可塑性强的金属材料，受到了越来越多汽车厂商的青睐。然而，在板料成形技术中，起皱、断裂、变形不足和回弹等质量问题也越来越突出， 这不仅造成了大量的材料浪费，还严重制约了铝合金板材在汽车制造中的使用。 本文将利用有限元分析软件 出导致其出现质量问题的主要因素，并结合分析结果尝试对现有的冲压工艺进行合理优化，达到提高成品率的目的 。 摘 要 有限元分析 工艺优化 铝成型 目 录 一、课题背景内容 二 、 研究思路及过程 三 、研究结果及实验数据 课题背景内容 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 课题背景 2. 研 究意义 3. 理论基础 5 研究背景概 述 社会背景 由于 环境污染 、 空气恶化等社会问题日趋严重 ， 节能环保的观念越来越深入人心 。据统计 ， 汽车每减重 10%， 油耗可降低 6% 8%， 车身质量占汽车总质量的 40%60%， 因此 ， 可以说 ， 减轻车身重量对于节约能源减少排放有着十分重要的作用 。 运用铝合金等轻质制造车身及汽车配件 虽然可以有效的降低车身重量 ， 但是由于在成型技术原因 ， 在铝合金冲压成型过程中往往会出现许多质量问题 ， 这不仅造成资源浪费 ， 在一定程度上还制约了车身轻量化技术的发展 。 企业实际背景 卡酷思汽车配件 （ 廊坊 ） 有限责任公司的主要产品中 ， 设计到铝合金冲压成型的主要是保险组件 。 该产品由于轮廓尺寸较大 ， 且形状复杂 ， 所以在实际生产过程中经常出现起皱 、 破裂 、 回弹等质量缺陷 。目前该产品在公司的实际合格率保持在80%左右 ， 这意味着在该产品上公司有着20%以上的损失 ， 这是不容忽视的 。 现在公司希望通过对现有工艺过程进行合理优化 ， 以提高该产品的合格率 ， 达到降低损失的目的 。 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 课题背景 2. 研 究意义 3. 理论基础 6 研究意义 汽车保险杠铝成型组件工艺优化的科学意义 汽车保险杠是汽车上一个重要的结构部件 ， 承受着汽车碰撞时的巨大冲击力 ， 对汽车的安全性起着至关重要的作用 。 其中 ， 保险杠结构中的部分组件采用铝合金板材冲压成型 ， 而在成型过程中极易出现起皱 、 破裂 、 变形不足和回弹等质量问题 ， 若能通过合理的工艺优化 ， 解决此类质量问题 ， 那么不仅能使车身轻量化的研究更进一步 ， 对于众多汽车厂商来说 ， 还能大大节约成本 ， 提高运营利润 。 01 02 对汽车领域来说，能促进车身轻量化的研究 对企业工厂来说，能大大节约成本，提高运营利润。 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 课题背景 2. 研 究意义 3. 理论基础 7 理论基础 主 要理 论 此课题的研究除了需要运用 材料成型方面，还需要用到以下理论： 材料屈服准则理论 材料硬化准则理论 描述 当金属材料受力时，材料内部的质点由弹性状态逐渐过度到塑性状态的准则 。 描述 在金属塑性变形过程中，随着应变的增加，应力会急剧