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1、Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 汽车车身先进设计制造国家重点实验室 湖南大学机械与汽车工程学院 杨旭静 汽车车身先进设计制造国家重点实验室 湖南大学机械与汽车工程学院 杨旭静教授教授教授教授/ / / /博士博士博士博士 1387312930813873129308， 汽车覆盖件冲压工艺与 模具关键技术 2008年4月20日2008年4月20日 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M f
2、or Vehicle Body, Hunan University 汽车车身先进设计制造国家重点实验室由国家 科技部批准建设，该实验室依托于湖南大学，是 “211工程”和“985工程”建设的重要基地。 主要研究方向： 汽车造型与空气动力学 车身冲压工艺与模具设计制造技术 汽车结构设计与优化 汽车CAE理论与应用 车辆安全与人体损伤生物力学 车身材料与制造 汽车车身先进设计制造国家重点实验室 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 车身冲压工艺与模具设计制造技术
3、车身冲压工艺与模具设计制造技术 CAD/CAE/CAM一体化提升冲压工艺与模具水平一体化提升冲压工艺与模具水平 模具设计的 三维实体造 型 模具设计的 三维实体造 型 传统制造与传统制造与 CAM结合结合 模具试模模具试模 45次次 模具开发周 期为 模具开发周 期为68个 月 个 月 车身覆盖件设计车身覆盖件设计SE 工程工程 冲压工艺分析的数 字化和智能化 冲压工艺分析的数 字化和智能化 模具设计的智能化模具设计的智能化 模具制造的精密化模具制造的精密化 模具试模模具试模12次次 模具开发周期缩短模具开发周期缩短 30以上以上 以冲压成形仿真分析为核 心的一体化技术与装备 以冲压成形仿真分
4、析为核 心的一体化技术与装备 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 车身冲压工艺与模具关键技术车身冲压工艺与模具关键技术 ?冲压工艺仿真分析计算方法冲压工艺仿真分析计算方法冲压工艺仿真分析计算方法冲压工艺仿真分析计算方法 ?高强度板冲压回弹控制技术高强度板冲压回弹控制技术高强度板冲压回弹控制技术高强度板冲压回弹控制技术 ?模具模块化设计制造技术模具模块化设计制造技术模具模块化设计制造技术模具模块化设计制造技术 凹模 板料 压边圈 凸模 Dr. Xujing
5、Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 常遇到的工艺技术问题常遇到的工艺技术问题： 冲压件的起皱、拉裂、回弹等冲压件的起皱、拉裂、回弹等 起皱 拉裂回弹 起皱 拉裂回弹 破坏零件破坏零件表面质量表面质量 降低零件降低零件尺寸精度尺寸精度 引起零件引起零件局部拉裂局部拉裂 导致零件导致零件直接报废直接报废 影响零件影响零件表面形状表面形状 降低零件降低零件尺寸精度尺寸精度 影响冲压成型核心技术影响冲压成型核心技术：冲压工艺、模具设计制造：冲压工艺、模具设计制造 冲压工艺仿真分析计算方
6、法冲压工艺仿真分析计算方法 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 影响起皱和拉裂的因素：材料特性参数，摩擦系数分布及随 板料变形的变化，模具结构特征及尺寸参数，压边力，冲压 速度等 起皱对应的受力状态：板料平面内过度的压应力。 拉裂对应的受力状态：板料平面内过度的拉应力。 在生产实际中，起皱和拉裂本质上都是由于材料在冲压中流 动不均匀造成的，可通过调节压边力等措施促使其相互转化。 冲压工艺仿真分析计算方法冲压工艺仿真分析计算方法 Dr. Xujing Yan
7、g State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 分析计算的难点及关键技术：三重非线性： 1.以板料的大位移、大变形为特征的几何非线性 2.以板料的塑性变形为特征的材料非线性 3.以板料与模具间接触摩擦为特征的边界非线性 三重非线性研究不仅是力学计算中的难题，对于冲压成型过程中的综合 作用，导致冲压工艺的精确高效计算极为困难 冲压工艺仿真分析计算方法冲压工艺仿真分析计算方法 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehic
8、le Body, Hunan University 多种先进理论与计算方法 1、显式加载隐式卸载的混合计算方法 2、基于级域概念的冲压成型一体化算法 3、显式仿真算法中接触力计算的质量密度因子法 4、三维应力状态板壳理论与混合单元理论 5、基于试验与仿真的材料参数反求理论 6、超大规模计算中的计算任务动态分配方法和多CPU间 的定时通讯理论 冲压工艺仿真分析计算方法冲压工艺仿真分析计算方法 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 利用并行处理技术进行冲压工艺分
9、析与优化处理，达到理 想的优化速度和仿真精度。 利用并行处理技术进行冲压工艺分析与优化处理，达到理 想的优化速度和仿真精度。 不规则板料16个 CPU的分区结果 图 国际标准算例S型梁 冲压结果分区显示 车顶盖冲压结果分区显示 前围挡泥板冲压结 果分区显示 理想曲线 实际曲 线 冲压工艺仿真分析计算方法冲压工艺仿真分析计算方法 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 油底壳有限元建模及冲压工艺性仿真计算实例 地板件冲压工艺性分析 油底壳有限元建模及冲压工艺性仿
10、真计算实例 地板件冲压工艺性分析 CAD模型 板料仿真计算结果 由数控轨迹所生成 的凸模有限元网格 CAD模型 冲压工艺仿真分析计算方法冲压工艺仿真分析计算方法 通过先进的计算方法实现有限元分析的精密高效仿真计算通过先进的计算方法实现有限元分析的精密高效仿真计算 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University ?通过独特的阻尼子循环和自适应 网格划分等计算方法提高了实际拉 延筋的计算精度 通过独特的阻尼子循环和自适应 网格划分等计算方法提高了实际拉 延筋的计算精度 ?
11、在对冲压过程精确分析的基础上 发明了新型斜拉延筋工艺 在对冲压过程精确分析的基础上 发明了新型斜拉延筋工艺 ?斜拉延筋工艺可以主动引导材料 向不产生成形缺陷的方向流动 斜拉延筋工艺可以主动引导材料 向不产生成形缺陷的方向流动 压边圈压边圈 凸模凸模 凹模凹模 板料板料 斜筋斜筋 冲压工艺仿真分析计算方法冲压工艺仿真分析计算方法 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 斜拉延筋新工艺和模具得到成功应用斜拉延筋新工艺和模具得到成功应用斜拉延筋新工艺和模具得到成功应
12、用斜拉延筋新工艺和模具得到成功应用 冲压工艺仿真分析计算方法冲压工艺仿真分析计算方法 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 影响回弹的因素：材料特性参数，摩擦系数分布及随板料变 形的变化，模具结构特征及尺寸参数，压边力，冲压速度等 60 60度回弹度回弹 回弹 众多参数复杂的相互作用机制 （非线性，强耦合） 高强度板冲压回弹控制技术高强度板冲压回弹控制技术 在国家自然科学基金-福特基金的资助下，对回弹及其控制 技术进行了深入的研究。 Dr. Xujing Y
13、ang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University R127mm圆弧凸、凹模 实际冲压件 圆弧凸、凹模 实际冲压件 高强度板冲压回弹控制技术高强度板冲压回弹控制技术 试验与测试，厚度为1.2mm。试验与测试，厚度为1.2mm。 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 对实际冲压件进行测量后导入到UG中与CAD模型进行比 较，得到两端的最大法向偏差为0.116mm
14、和0.105mm 。 对实际冲压件进行测量后导入到UG中与CAD模型进行比 较，得到两端的最大法向偏差为0.116mm和0.105mm 。 模具二次修正后的实际弧形件与设计模型比较模具二次修正后的实际弧形件与设计模型比较 由于模具二次修正补偿考虑了回弹仿真误差，可以大 幅度提高回弹控制精度。 高强度板冲压回弹控制技术 由于模具二次修正补偿考虑了回弹仿真误差，可以大 幅度提高回弹控制精度。 高强度板冲压回弹控制技术 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 高强度
15、板冲压回弹控制技术高强度板冲压回弹控制技术 应用实例应用实例 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 通用模架通用模架 输入模架设计所需的基本参数 （如拉延件的形状参数、所需设备参数及基本要求等） 输入模架设计所需的基本参数 （如拉延件的形状参数、所需设备参数及基本要求等） 输入模架设计所需的的辅助参数输入模架设计所需的的辅助参数 (如导向、肋板、考虑通用型的各向宽裕度如导向、肋板、考虑通用型的各向宽裕度) 工程数据库工程数据库 参数三次曲线离散模块化模架的参
16、数化设计参数三次曲线离散模块化模架的参数化设计 与UG 系统的集成与UG 系统的集成 ?模具模块化设计制造技术模具模块化设计制造技术模具模块化设计制造技术 模具模块化设计制造技术 模具模块化设计制造技术 模具模块化设计制造技术 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 模具模块化设计制造技术模具模块化设计制造技术 ?模具模块化设计制造技术模具模块化设计制造技术模具模块化设计制造技术模具模块化设计制造技术 Dr. Xujing Yang State Key Laboratory of Advanced D&M for Vehicle Body, Hunan University 模具模块化设计制造技术模具模块
