基于正交试验的铝钢材料自冲铆接成形质量的多指标优化

以某汽车上材料厚度分别为1 mm的6016铝合金与1.5 mm的ST13结构钢的自冲铆接作为研究对象,借助正交试验设计方法,利用Deform-2D数值模拟软件,对6016/ST13铝钢异种材料自冲铆接成形质量的多指标进行了工艺参数优化。以模具宽度、模具凸台高度和模具深度作为正交试验的影响因子,以剩余厚度、底切量以及钉头高度作为正交试验的评价指标。利用矩阵分析法对正交试验的结果进行分析,得出6016/ST13铝钢自冲铆接的最优方案为:模具深度为1.5 mm、模具宽度为9 mm以及模具凸台高度为0 mm,剩余厚度、底切量以及钉头高度的模拟值分别为0.487,0.602与0.059 mm。利用自冲铆接设备及安装模具对优化方案进行试验验证,剩余厚度、底切量与钉头高度的有限元模拟值与试验值之间的相对误差分别为12.12%,8.97%与13.56%,从而验证了正交试验及有限元模拟应用于铝钢异种板材自冲铆接成形工艺参数优化的正确性。     

基于有限元模拟的5754铝合金自冲铆接成形的模具磨损研究

将5754铝合金自冲铆接成形的模具磨损作为分析对象,基于Archard理论磨损模型与Deform-3D软件,建立两层2 mm料厚的5754铝合金自冲铆接安装模具磨损的有限元模型。通过模具磨损过程的分析得知,安装模具的磨损集中于中间凸台的侧壁区域,安装模具的最大磨损深度为1. 28×10~(-6)mm,模具寿命的预测值为156250次,模具寿命的试验值为139782次,模拟值与试验值之间的相对误差为10. 54%,从而验证了有限元模拟的可靠性。基于有限元模拟结果,分析了工艺参数与模具磨损深度之间的变化关系,研究得知:模具的磨损深度随着铆接速度以及模具深度的增加而增大,而随着模具宽度的增大则呈现逐渐减小的变化趋势。     

自冲铆接铆钉材料流场的数值模拟研究

以厚度为2 mm的同种AA5052铝合金板料为铆接对象，利用Simufact Forming16.0软件建立铝合金自冲铆接的仿真模型。设定不同水平的铆钉内腔高度和铆钉高度，分别进行模型非线性有限元计算。分析了不同铆钉工艺参数下铆钉材料流场变化以及对接头成形质量和铆接最大冲压载荷的影响。试验表明：仿真结果与实际的接头截面成形效果相似，接头主要变形区域内的板料流速较大；较小内腔高度的铆钉形成的接头内锁结构更优，残余底厚为0.784 mm、钉脚张开度为1.058 mm,铆钉材料径向流速更快；钉脚张开度、铆钉材料径向流速和铆接的最大冲压载荷均随着铆钉高度的增加而增大，残余底厚随着铆钉高度的增加而减小。     

基于光亮带长度的冲裁凸模磨损的仿真预测

磨损是冲裁模具常见的一种失效形式,以预减振盖板零件为分析对象,利用Pro/E软件建立板料冲裁的几何模型,应用Deform-2D模拟软件对板料的冲裁过程进行有限元仿真,分析了冲裁过程中的应力分布状态,研究了冲裁工艺参数对零件光亮带长度及凸模磨损深度的影响。仿真结果表明:光亮带的长度随着冲裁间隙与凸模刃口圆角半径的不断增大而减小,而随着冲裁速度的逐渐增大而增加;凸模的磨损深度随着冲裁间隙的不断增加而减小,而随着凸模刃口圆角半径与冲裁速度的增大呈现出逐渐增加的变化趋势。此外,设计了一副冲压级进模进行试验验证,光亮带长度的模拟值与试验值分别为0.569与0.518 mm,两者之间的相对误差为9.85%,从而验证了利用光亮带长度间接衡量模具磨损情况的可行性。     

基于Co元素的冲压模具磨损的仿真预测

以0.2 mm的C5210R-EH磷青铜材料冲裁过程中的模具磨损作为研究对象,分析了板料冲裁变形过程中的接触摩擦情况。基于骨架理论和复合强化理论,运用Co元素的变化量对凸模的磨损进行评价,借助DEFORM-2D软件对板料冲裁变形过程中的凸模磨损分布情况进行有限元仿真,分析了冲裁工艺参数对Co元素的变化量以及凸模磨损的影响变化趋势。研究结果表明:凸模端面的磨损量远小于侧壁的磨损量;凸模的磨损深度以及Co元素的变化量随着冲裁间隙的不断增大而减小,随着冲裁速度的不断增大而逐渐增加,而随着凸模刃口圆角半径的逐渐增大则呈现出先减小后增大的变化趋势,研究结果为冲压模具磨损的仿真预测提供了一种评价方法。     

下板厚度对钢/铝自冲铆接接头单搭剪切强度的影响

以CR590钢/AA6022-T4铝合金以及CR590钢/S-6000-IH铝合金单搭剪切接头作为实验对象,借助有限元仿真研究了下板厚度对钢/铝自冲铆接接头单搭剪切强度的影响规律。分别建立了2D自冲铆接过程以及3D自冲铆接接头单搭剪切的有限元仿真模型,并通过自冲铆接接头实验的失效模式与载荷-位移曲线验证了仿真的准确性。分析结果表明：当AA6022-T4铝合金下板与S-6000-IH铝合金下板的厚度由1.2 mm增加至3.0 mm时,SPR接头的单搭剪切强度开始由3.7与2.8 MPa增加至4.5与4.2 MPa,而后趋于稳定。并研究了不同铝合金下板厚度对SPR接头关键尺寸(底切量、剩余厚度和垂直互锁值)的影响,进而揭示了下板厚度对SPR接头单搭剪切强度的影响机理,发现：对于两种SPR接头,接头剩余厚度均随着下板厚度的增加而线性增大,但该尺寸不影响铆钉的锁合性能;而底切量随下板厚度的增大保持在0.5 mm不变;垂直互锁值则随着下板厚度的增加先线性增加,当下板厚度大于2.0 mm时则基本保持不变,对于S-6000-IH铝合金下板以及AA6022-T4铝合金下板,其饱和值分别为1.2以及1....     

基于零件冲裁毛刺高度的冲压模具磨损预测

冲压模具的磨损会引起冲裁间隙的增大,导致零件冲裁毛刺高度的增加。利用DEFORM-2D软件对0.8 mm料厚的CK75弹簧钢板料的冲裁过程进行有限元仿真,分析了冲裁模具的磨损过程,深入研究了冲裁工艺参数对冲裁毛刺高度与模具磨损的影响变化趋势。研究结果表明:在研究的冲裁工艺参数范围内,零件冲裁毛刺的高度随着冲裁间隙与冲裁速度的不断增加而增大,而随着模具刃口圆角半径的增大则表现出先增加后减小的变化规律;冲裁凸模的磨损深度伴随着冲裁间隙的增大而逐渐减小,随着冲裁速度的增加而增大,而随着模具刃口圆角半径的增加表现出先增大后减小的变化规律。此外,借助冲压模具进行冲裁试验,冲裁毛刺高度的仿真值与试验值之间的最大相对误差为17.7%,从而为衡量模具磨损状况提供了一种比较直接的方法。     

响应曲面法优化钢铝异种材料自冲铆接工艺参数的研究

以电动汽车上钢铝异种板材的自冲铆接作为分析对象,利用Deform-2D软件建立1.5 mm料厚的DC03钢板与1 mm料厚的6016-T4铝板的自冲铆接有限元模型。将模具深度、模具宽度及铆接速度作为影响因素,以互锁长度作为优化目标,运用响应曲面法对钢铝异种板材的自冲铆接工艺参数进行优化。研究得知:铆接速度与模具宽度对互锁长度的交互式影响最大,模具宽度与模具深度的交互式影响次之,铆接速度与模具深度的交互式影响最小。DC03/6016-T4异种板材自冲铆接的优化工艺参数组合方案为:铆接速度为40 mm·s~(-1),模具宽度为9.77 mm,模具深度为1.69 mm,互锁长度的响应值为0.616 mm。通过对优化后的铆接工艺参数的组合方案进行实际验证,测量得出互锁长度的试验值为0.547 mm,响应曲面优化值与试验值两者之间的相对误差为11.2%,从而为企业的实际生产提供参考。     

基于DEFORM的预减振轴套板预切冲裁

以汽车离合器中的预减振轴套板为研究对象,建立预减振轴套板预切冲裁的有限元模型,运用DEFORM-2D仿真软件对板料的预切冲裁过程进行数值模拟,并且设计冲压级进模进行试验验证,分析了板料冲裁工艺参数与零件冲裁断面质量之间的影响变化趋势。根据研究结果得知:预减振轴套板零件冲裁断面的光亮带长度随着落料冲裁间隙、预切深度以及凸模刃口圆角半径的不断增大而逐渐减小,而随着冲裁速度的不断增大则呈现出逐渐增加的变化趋势。此外,数值模拟值与试验值之间的最大相对误差为14.9%,从而验证了有限元仿真的正确性。     

凸模圆角半径对板料冲压连接质量的影响规律研究

板料冲压连接质量是衡量冲压连接过程的关键指标。本文采用有限元分析软件Deform-2D对板料冲压连接过程中凸模尺寸对板料流动速度场及连接质量的影响进行了分析,结果表明:板料冲压连接成形过程中,随着凸模圆角的增加,板料S形颈部流动的最大速度及最大和最小速度差值减小,连接点的抗拉强度降低;随着凸模圆角的增加,互锁值降低,抗拉强度减小;颈部厚度增加,剪切强度提高。     

铝锂合金自动铆接干涉量及残余应力分析

铝锂合金是航空制造中的新型合金材料,其铆接技术是现代飞机制造重要研究方向。铆接后的铝锂合金板孔的干涉量影响到残余应力分布,为了研究铆接过程与残余应力分布特征之间的关系,利用自动钻铆装备对不同厚度的铝锂合金板进行铆接。使用ABAQUS/Explicit对铝锂合金自动压铆过程进行了仿真,通过试验和仿真的方法分析不同压铆力、铆钉长度、壁板厚度和铆钉材料等组合条件下铝锂合金壁板内部所产生的干涉量,进而推导出各工艺条件下铝锂合金壁板厚度方向上残余应力的分布规律。结果表明,2060-T8铝锂合金壁板孔壁产生的干涉量及沿板厚方向分布的残余应力随压铆力的增大而增大,随铆钉长度的增大而减小,随壁板厚度的增加呈现非单调增长的趋势。壁板总厚度为4.2 mm时,平均干涉量及平均残余应力可以达到最大值。相比于2117-T4铝合金铆钉,采用7050-T3铝合金铆钉压铆后2060-T8铝锂合金壁板产生的平均干涉量降低6%～12%,平均残余应力降低8%～12%。     

基于有限元模拟的冲裁毛刺控制方法

基于板料冲裁过程的分析,提出一种控制冲裁毛刺的方法,即预切冲裁法。利用Deform-2D软件对1.2 mm厚的不锈钢板料AISI304的预切冲裁过程进行有限元模拟,分析了预切冲裁的断面质量及应力分布状况,研究了工艺参数(预切角度、预切深度、冲裁速度、冲裁间隙)与光亮带长度之间的变化关系。模拟结果表明:冲裁件断面的光亮带长度随着预切角度、预切深度及冲裁速度的增加呈现先增大后减小的变化趋势,而随着冲裁间隙的增加则不断减小。预切冲裁法在合理的预切深度范围内(0.2~0.4 mm)实现了冲裁毛刺的控制。此外,利用模具验证了预切冲裁法的实用性,试验值与模拟值的误差为17.78%,该方法有助于提高产品质量。     

铆接力对铝/钢自冲铆接头几何特性的影响

以铝合金为穿孔板、以低碳钢为锁紧板,对其进行了自冲铆连接。观察、分析了接头横断面几何特性随铆接力的变化。随着铆接力的增大,铝合金与钢自冲铆接头的喇叭口直径、铆钉腿展开度、切入量均呈增大趋势,而下板凸起高度、底角余量则呈下降趋势。在16～24 kN铆接力范围内,铝合金与钢自冲铆接头的底部厚度变化较小,当铆接力大于24 kN,底部厚度随铆接力的增大突然下降。结果表明:铝合金与钢自冲铆接头的抗剪载荷随着铆接力的增大呈先增大后下降的变化趋势,铆接力为24 kN时接头抗剪载荷达到最大,约为5.88 kN。     

离合器传动带成形回弹的研究

利用Dynaform有限元软件对某离合器盖总成传动带的成形回弹过程进行数值模拟,分析了传动带回弹前与回弹后的应力分布,传动带回弹前与回弹后圆角处的最大应力值分别为871.805和339.947 MPa,应力值的减小使得板料发生回弹。研究了弯曲角度、板料厚度及模具间隙对传动带成形高度的影响。结果表明:传动带的成形高度随着弯曲角度及模具间隙的增大而逐渐增加,而随着板料厚度的增加呈现逐渐减小的趋势。此外,设计传动带成形模进行实验验证,成形高度的实验值与模拟值的误差为7.55%~9.18%,吻合性较好。其中模具间隙为1.1t时,成形高度的实验值为4.98 mm,符合产品的设计要求4.9~5.45 mm,且实验值与模拟值的误差为8.84%。     

基于Dynaform的锥形凸模圆孔翻边极限分析

利用有限元分析软件Dynaform对锥形凸模圆孔翻边过程进行模拟实验,通过改变坯料厚度和圆锥斜度,得到不同的翻边极限系数.分析结果表明,在合适的锥角范围内,圆锥形凸模比圆柱形凸模更能提高材料的极限变形程度.同时,得出了板料厚度和圆锥斜度对翻边极限的影响规律:即当坯料厚度不变时,随着圆锥斜度的变化,其翻边极限系数呈现先减小后增大的趋势;当圆锥斜度不变时,随着板料厚度的增加,翻边极限系数则逐渐减小.     

基于Dynaform的波形片成形回弹研究

以某离合器波形片为研究对象,利用Dynaform有限元软件对波形片的成形回弹进行数值模拟,分析了波形片回弹前与回弹后的应力分布,研究了模具间隙及板料厚度对波形片回弹后成形高度的影响。模拟分析表明,波形片弯曲成形的圆角处变形比较剧烈,其应力值较其他区域值更大,且回弹后应力值的减小使得板料发生回弹,而回弹使得波形片成形高度降低,从而影响离合器从动盘总成的弹性;波形片的成形高度随着模具间隙的增大而减小,而随着板料厚度的增加而增大。试验结果表明,当板料厚度分别为0.6和0.8mm时,试验值与模拟值的误差变化范围分别为5.44%~7.54%和4.52%~5.93%,模拟结果与试验结果取得较好的吻合性。     

模具间隙对无取向硅钢冲片质量的影响研究

为了研究模具间隙对无取向硅钢冲片质量的影响规律,针对电机铁芯常用的冷轧无取向硅钢50WW470和50WW800,设计了一套高精度浮动式冲裁试验模具.通过系统性冲裁试验,分析模具间隙对冲片毛刺高度、回弹和椭圆度的影响.结果表明,冷轧无取向硅钢冲裁后,毛刺高度随模具间隙增加而增大;在一定范围内,回弹量随模具间隙增加而减小;椭圆度是由材料力学性能与残余应力分布不均匀综合导致的,板料垂直轧制方向的力学性能比平行轧制方向好,而平行轧制方向的残余压应力比垂直轧制方向大.因此,冲裁后零件平行于轧制方向回弹更大,故其尺寸也更大.去应力退火后,残余应力降低,各向异性程度降低,零件椭圆度降低10％～60％.     

基于Dynaform的高强钢U形件回弹影响因素研究

基于有限元理论与选定的回弹角度判定标准,采用Dynaform软件探究了汽车U形件在弯曲成形过程中压边力、摩擦系数、板料厚度和凸模圆角半径对回弹的影响。研究结果表明：回弹角度随板料厚度增厚而降低,随凸模圆角半径增加而增加,随压边力增大先增大后减小,随摩擦系数增加先增大后减小。不同因素对回弹影响程度并不相同,在选定参数范围内板料厚度因素影响最明显,压边力次之,摩擦系数略低于压边力,凸模圆角半径影响最小。     

汽车6016-T4铝合金板材成形性能实验及数值模拟

利用实验与数值模拟结合的方法研究6016-T4铝合金板材室温下材料的成形性能。通过铝合金板材室温拉深实验,得到极限拉深比为1.913;针对铝合金板材成形实验过程,采用DYNAFORM有限元分析软件进行模拟分析,得到极限拉深比为1.925。实验结果与模拟结果表明,随着板料尺寸的增加,成形板料圆角区域的厚度逐渐减小,凸模行程曲线、拉深深度和板料厚度分布对比的结果显示,模拟结果与实验结果具有良好的一致性,进一步为汽车铝合金覆盖件成形工艺研究分析提供参考。     

AA5052自冲铆接头成形质量及其静力学性能研究

通过改变整形力、刺穿力及行程研究铆接工艺参数对AA5052自冲铆接头性能的影响,进而探究接头成形质量及其对接头静力学性能的影响。结果表明:接头失效模式均为下板与铆钉分离,这是由于在拉伸-剪切试验过程中,位于下板内部的机械内锁遭到破坏,铆钉从下板拉出。在一定范围内,随着整形力的增加钉头高度逐渐减小,接头表面越平整,内锁长度却逐渐增加;随着刺穿力的增加,钉脚张开度减小,但内锁长度却逐渐增加,可形成较好内锁值;随着行程增大,钉脚张开度随之增大,内锁长度也会增加,接头可形成较好的机械内锁且具有较好的密封抗蚀能力。整形力对AA5052自冲铆接头静力学性能影响最低,刺穿力和行程均对试件的拉伸载荷和能量吸收能力有显著影响。