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1、毕业设计（论文）开题报告题目：内翼子板冲压幙设计及成型过程仿真学 院：机械工程学院专 业：材料成型及控制工程学生姓名： 陈文举 学号：200802050522指导老师：陶友瑞2012 年 3 月 2 日开题报告填写要求1开题报告（含“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。此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 署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标 准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪 贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格
2、式成文，并直接书写（或打印） 在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 10 篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括 1 篇外文资料；对于重 要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4.统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说 明书等资料装入文件袋中。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1. 文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料, 每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述0引言来自公安部交通管理局的信息，截至2011年6月底，全国机动车总保有量达2.17 亿辆，私家车保有量达7206万辆，占汽车
3、保有量的73.2%。个人汽车拥有率不断提高, 私家车作为民众出行的交通工具日益普及。专家认为，我国经济的快速增长和居民收 入的不断提高为汽车走进家庭奠定了坚实基础，我国汽车产业要真正做强，必须突破 技术瓶颈，尤其是汽车零部件的一些核心技术，同时注重品牌建设，提升产品附加值, 我国应积极调整汽车产业结构，促进汽车产业实力的整体跃升，加速向“汽车强国” 迈进。近年来，国内外各大汽车制造企业都将车身外形的设计和制造能力作为衡量汽 车，特别是轿车车型开发水平的重要标志。在车身制造过程中，覆盖件的设计和模具 设计及加工占整个车身设计和加工周期的60%左右，缩短这一时间就意味着加快新车 型的开发，缩短产品
4、投放市场的周期。而在汽车覆盖件的冲压过程中，其技术难点是 冲压工艺的制定和模具设计，合理的冲压工艺及高质量的模具，不但能提高冲压件质 量，还能提高生产率，降低废品率。1. 汽车覆盖件概念及特点1.1概念：汽车覆盖件是指覆盖发动机、底盘、构成驾驶室和车身的薄板异形体零件。汽车 覆盖件既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件。如现实生活中的车顶盖、 车门、引擎盖、前后轮翼子盖、挡泥板、底板、后背油盖等。覆盖件是车身的主要部 分，所以设计车身最主要是开发覆盖件模具。在“车型设计一模具设计与试模一新车 型生产”的整个过程中，有2/3的时间用于模具设计与制造。汽车覆盖件，按功能和部位分类，可以分为
5、外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类覆 盖件三类。外部覆盖件和骨架类覆盖件的外观质量有特殊要求，内部覆盖件的形状往 往更复杂1.2特点：覆盖件大多数是由复杂的空间曲面组成，成形时坯料上各个部分的变形状态甚为 复杂，差别很大，各处应力很不均匀，一个零件往往兼有拉延、翻边、胀形、弯曲等 多种形式。同一般的冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和质量 要求高等特点5】。其中大多的覆盖件都是尺寸较大，并且多为复杂的空间自由曲面组成， 无法用解析形式表述，只能用参数曲面来表示。根据形状复杂程度和变形特点，覆盖件可以分为三类：浅拉深件、一般拉深件、 复杂拉深件门。由于覆盖件的特点，使其具有一些要求。
6、如工艺性、形状尺寸、刚性、表面质量、 材料的选择。2. 汽车覆盖件成型工艺设计概述2.1工艺设计的概念：覆盖件成型工艺设计即针对具体覆盖件的形状、结构特点安排成型成型工序步骤， 考虑相应的模具结构，选择材料规格并考虑材料利用率及选择合适的设备。覆盖件的 成型一般有落料（或剪切）、拉深、修边、翻边、整形、冲孔、弯曲、胀形、切口等基 本工序按需要排列组合而成，典型结构的覆盖件一般需要46道工序8。工艺性主要表现在以下六个方面：成型性能及加工方法； 保证质量的前提下，尽可能用少的工序；综合考虑模具结构和关键尺寸；计算冲压力和选取冲压设备；重新考虑工艺设计，核心原则是冲压；以降低成本为前提，提咼效率为
7、目的。覆盖件冲压工艺性，在往往取决于拉延的可能性和可靠性，即拉延工艺性。确定 工序数和安排工序之间的先后次序问题是拉延以后仅要确定的问题。覆盖件形状的复 杂程度对拉延工艺的好坏性起决定作用。首先应从覆盖件设计上考虑其拉延工艺性， 如果由于设计条件限制，则应从拉延件上予以充分考虑，如冲压方向、工艺补充部分、 压料面形状等。为了实现拉延，构成一个拉延件就必须将覆盖件上的翻边展开，窗口 补满，再加上工艺补充部分。拉延件不可缺少的组成部分是工艺补充部分，工艺补充 部分在后续工序中要修掉，因而工艺补充部分也是工艺上必要的材料消耗，覆盖件的 形状决定了工艺补充部分的大小和形状。2.2工艺设计研究的意义：冲
8、压工艺方案的优劣和模具的状态决定了零件的最终质量以及能否成功生产。由 于汽车覆盖件大多由复杂的空间曲面组成，成形时坯料上各部分的变形状态极为复杂, 差别很大，各处应力也很不均匀。零件的成形往往兼有拉延、删边、胀形、弯曲等多 种变形方式，因此，在进行覆盖件成形工艺和模具设计时，应特别注意协调好各部分 材料的变形均匀性。要保证：零件上最大变形区材料的变形量不超过材料的极限变形 程度，避免材料被拉裂；变形量小的区域材料小发生弹性畸变，成形后零件有足够的 刚度；同时还要防止坯料成形过程中可能出现的回弹、起皱、表面损伤等成形问题3. Dynaform在汽车覆盖件冲压应用3.1时代背景：近年来，随着计算机
9、软硬件技术的迅猛发展以及计算机技术图形学与力学、工艺 学的交叉和结合，基于数值模拟的计算机辅助工程技术在覆盖件成形领域得到了广泛 的应用。采集数值计算和图形显示的方法模拟出汽车覆盖件成形的全过程在计算机系 统上实现，从而用于指导板材成形的设计和生产。该技术将使试模过程大大减少甚至 取消，产品开发周期缩短，产品开发成本降低，人们已逐渐重视重视与认可。这种用 可视化技术虚拟的现实制造环境不仅可以进行零件的成形过程模拟，还使材料的变形 机理进行了形象揭示，所以可以通过已有的经验我们对模具参数及成形工艺进行实时 调整、修改毛料形状和尺寸，大大缩短试模和修模的时间，有效地提高产品质量和生 产效率。比如法
10、国的Z. C. SUN等人提出了一种方法用于深拉深工艺中工艺补充面的 设计、建模和优化10。美国的S. Badrinarayanan等人开发了一个由基于知识的几何 分析模块、有限元模块和成形分析模块三部分组成的冲压成形评价系统。将冲压模的 设计经验和准则采用框架结构进行表示，并运用特征识别、推理和模拟分析的方法进 行冲压工艺的评价和设计in3.2 简介 DYNAF0RMDYNAF0RM软件是美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板料成形数值模拟的专 用软件，是LS-DYNA求解器与ETA/FEMB前后处理器的完美结合，是当今流行的板料成 形与模具设计的CAE工具之一。在其前处理器(Prep
11、rocessor)上可以完成产品仿真模 型的生成和输入文件的准备工作。求解器(LS-DYNA)采用的是世界上最著名的通用显示 动力为主、隐式为辅的有限元分析程序，能够真是模拟板料成形中各种复杂问题。后 处理器(Postprocessor)通过CAD技术生成形象的图形输出，可以直观的动态显示各种 分析结果。并且其在汽车仿真，模具制造仿真方面应用也很广泛。DYNAFORM提供了良 好的与Solidwork软件的IGES、DXF接口，以及方便的几何模型修补功能。本设计采用 DYNAFORM的前处理功能做数据分析，再用后处理器(Postprocessor)进行模拟仿真，以 达到预期设计目的。其运算数据
12、将被再次以igs格式导入Solidwork。Eta / DYNAFORM 具有良好的工具表面数据特征，因此可以较好地预测覆盖件冲压成形过程中板料的破 裂、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，从而为板料成形工艺及模具设 计提供帮助12。3.4仿真过程中的关键技术Mi1) 建立几何模型；若所研究模型的几何形状和所受载荷是对称的，则其变形和应力会具有同样的对 称性，因此利用对称性能大量地减少未知量和方程的数目，从而减少总的计算量。对 称性要考虑轴对称，旋转对称，平面对称，镜面对称，重复对称或平移对称。2) 单元模型和划分网格；单元模型的选取要兼顾计算精度和计算效率两方面，应考虑单元类型、单元
13、数目 和单元尺寸等因素。板料成形问题通常选择壳体单元，复杂形状零件经常需采用自适 应网格剖分技术，在计算过程中根据变形情况自动细化网格。模具网格的密度以曲面 的曲率为准则，网格能较好地模拟零件的几何形状和同板料接触部位的网格尺寸相适 应。对于一般曲率的曲面，网格尺寸在lO25微米范围曲面曲率高时，网格尺寸细密。3) 接触与摩擦；在覆盖件冲压成形过程中，由于模具刚体型面的复杂性，使得板料与模具表面之间的 接触问题变得非常复杂，接触边界条件处于连续变化之中，由此产生的接触面间的相 互作用也是复杂的和动态变化的。在板料变形过程中，接触发生的时间和位置随着接 触体在板料成形中的变形情况而改变。对接触的
14、处理方法大致分成罚函数法、Lagrange 乘子法和增广Lagrange法。在冲压成形中，认为罚函数法是最有效的接触问题处理方 法。对于摩擦问题通常采用经典库仑摩擦定律确定摩擦力。但覆盖件冲压成形中的摩 擦问题不仅涉及板料与模具间的相对运动，还涉及复杂的方向反转。在板料成形分析 中若采用经典的库仑摩擦定律，会影响接触状态和接触点摩擦力方向变化的确定。采 用库仑定律，通过合理的规划可解决接触状态的确定。但由于库仑定律的不连续性， 无法处理速度方向反转问题。通常采用修正的库仑摩擦定律可以确定切向摩擦力。采 用了变压边力的方法控制回弹，得到了好效果144）等效拉延模型；在有限元模拟中精确模拟拉延筋的
15、影响比较困难，主要是因为拉延筋尺寸较小， 形状复杂。要精确考虑板料与拉延筋的接触。则必须将拉延筋曲面划分成非常细小的 单元网格，这会大大增加计算工作量，同时对模具几何形状的修改也极其不利，因此 这种做法是不现实的。目前通常的做法是采用等效拉延筋模型，将拉延筋复杂的几何 形状抽象为一条附着在模具表面能承受一定约束力的拉延筋线。在冲压成形模拟中， 拉延筋的阻力可直接输入确定拉延筋阻力的参数，也可给出拉延筋的剖面尺寸，由软 件计算出对应的拉延筋阻力。利用数值模拟技术对汽车零件进行冲压成形的过程仿真，可以预知金属的流动、 应力应变、温度分布、模具受力、可能的缺陷及失效形式。这为优化工艺参数和模具 结构
16、提供了极为有力的工具，对保证工件质量、减少材料消耗、缩短产品开发周期、 降低制造成本具有重要的意义，对提高我国企业汽车产品的开发制造能力，提高汽车 产品的质量，降低产品成本，提高国际竞争力具有重大意义。由于在生产中应用CAE分析技术精确模拟了板料成形全过程，准确预测了板料在 成形过程中可能出现的缺陷，从而在模具制造前可以及时修改冲压工艺方案，并通过 仿真计算进行了验证，提高了冲压工艺和模具设计质量，只需要经过少量的修模就可 获得高品质的模具，不仅降低了模具开发成本，也大大缩短了模具开发周期154. 汽车覆盖件模具选材及表面处理4.1选材：模具工业要上水平，材料应用是关键。据国际模协秘书长罗百辉估算，因选材和 用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。
