基于Pam-stamp的轨道车辆车体侧立柱冲压成形仿真研究

【摘要】冲压成形是一个涉及领域十分广泛的加工方法，国外也称为板料成形，通过模具实现加工过程。板料冲压成形是一种先进、高产、低耗能、低成本的加工方法，但同时也是一个涉及几何非线性、材料非线性和边界条件非线性等问题的复杂的弹塑性变形过程，这使得传统的板材成形工艺和模具的设计缺乏系统的精确的理论分析手段，在生产过程中就难免会出现很多缺陷，如破裂、起皱、回弹等。随着计算机技术和信息技术的快速发展，工程师们开始尝试参考计算机数值模拟来进行生产模具的设计。大量实践证明，有限元法是一种分析板料冲压过程的比较可靠的方法，合理的使用有限元数值模拟技术能够有效的提高模具设计质量和缩短模具设计周期。本文结合生产实例，选择材料为09CuPCrNi-B的某地铁碳钢车辆侧立柱为研究对象。侧立柱是与车体边梁焊接形成车体侧墙骨架的结构件，其长度超过2300mm，宽度94mm，高度70mm，其成形工艺是用尺寸准确地板料在压边条件下于模具上一次冲压成形，由于其对于板料的精度要求很高，工件成形后可调修的余地少，这就要求在成形后的工件具有很高的精度，而该工件成形后易出现截面开口大、侧壁弯曲以及翼边不平等缺陷，其中截面开口是最难解决的问题，其影响因素也最为复杂。为了解决这一问题，为实际生产提供指导，本文运用Pam-stamp软件对该侧立柱的成形性及回弹进行了仿真研究。研究工作主要有以下几点：1.阐述了冲压成形数值模拟分析的相关有限元理论，讨论了弹塑性材料的本构模型、单元技术、接触算法以及回弹的数值模拟技术；2.基于Pam-stamp软件从应力、应变、厚度及成形极限图等方面对侧立柱的成形性进行了研究，数值模拟结果表明工件的成形质量非常高，这为后续的研究奠定了基础；3.对侧立柱进行了回弹数值模拟，研究了压边力、模具圆角及模具间隙对回弹的影响规律，在此基础上，对模面补偿法进行数值分析，数值模拟结果表明：增大板料成形时的压边力，能够有效减小工件的回弹；减小凸模底部圆角半径能够减小回弹，减小凹模口圆角半径也能在一定程度上减小回弹；模具间隙对工件的回弹影响很大，随着模具间隙的减小，工件的回弹大幅度减小；反弯曲和凸模侧壁内倾两种补偿方法均能有效抑制回弹，但在实际生产中要适度使用；4.基于优化的工艺参数以及对补偿方案的选择，对成形模具进行了改进，提出了侧立柱生产工艺的最佳方案，并结合数值模拟和实际生产对该方案进行了试验验证，试验结果表明，该方案能将回弹量控制在1mm以下，能够应用于实际生产。
【作者】马东；
【导师】谷诤巍；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】冲压成形；回弹；有限元；侧立柱；模面补偿；

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