汽车保险杠铝成型组件有限元分析及工艺优化-答辩

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，应力会急剧增大，此时就会发生加工硬化现象 的准则。 冲压过程应力加载和卸载理论 冲压过程接触算法理论 预测和判定材料进入屈服状态后，其塑性应变增量方向 的准则。 冲压成型有限元分析数值模拟过程通 常采用的处理方法 。 研究思路及过程 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 研究思路 2. 研究过程 9 研 究思路 01 03 02 04 05 06 查阅相关资料 学习软件 模型创建 验证结果 提出建议 仿真分析 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 研究思路 2. 研究过程 10 研究过程 （模型创建） 该课题研究的首要前提，是必须建立相应的三维数模，结合课题的具体内容知，需要建立的模型包括产品模型和模具模型（包含上下模），本次采用的建模工具为 模结果如下： 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 研究思路 2. 研究过程 11 研 究过程 （仿真分析） 创建分析项目 定义材料数 据 添加几何模 型 定义零件行为 网格划分 求解并查看结果 该课题的重点内容之一是有限元分析仿真，对于该零件的成型过程，本次研究采用非线性静力分析过程求解。非线性静力分析的过程较为复杂，但主要可以概括为以下几个步骤。 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 研究思路 2. 研究过程 12 研 究过程 （工艺优化 ) 要点 与设计新工艺相比，对现有的工艺进行优化犹如双刃剑，若优化合理，就能大大降低工艺成本，节约人力物力，为企业带来巨大利润；反之，不仅达不到预期效果，而且还会对正常生产计划产生干扰，影响产能输出，使企业蒙受损失。 工艺优化有诸多注意事项，对于本课题，结合企业的实际情况，在优化的过程中需要考虑以下几点： 优化结果对产品的影响 优化结果对产能的影响 优化成本的投入 研究结果及实验数据 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 结果获 取 2. 结果分 析 3. 其他优化建议 14 结果获取 （仿真结果） 优化前 优化后 应力 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 结果获 取 2. 结果分 析 3. 其他优化建议 15 结果获取 （仿真结果） 优化前 优化后 位移 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 结果获 取 2. 结果分 析 3. 其他优化建议 16 结果获取 （仿真结果） 优化前 优化后 应变 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 结果获 取 2. 结果分 析 3. 其他优化建议 17 结果获取 （优化结果） 记录项 值 单位 实验总数量 90 片 破裂数量 12 片 起皱数量 4 片 回弹数量 1 片 合格率 81% 记录项 值 单位 实验总数量 90 片 破裂数量 9 片 起皱数量 2 片 回弹数量 0 片 合格率 87% 以下数据均由具体实验记录所得，真实有效。其优化内容包含工艺参数优化和润滑方式优化。 优化前 优化前 课题背景内容 研究思路及过程 研究结果及实验数据 1. 结果获 取 2. 结果分 析 3. 其他优化建议 18 结果分析 数据特点 分析结论 结论一 结论二 工艺参数及润滑方式对产品的成型效果有较大影响，合理的工艺参数及良好的润滑条件有助于提高产品合格率。 除工艺参数及润滑方式外，还存在其他因素影响产品质量，当前合格率还有很大的