车用激光拼焊高强度钢板冲压成形特性研究

【摘要】汽车车身纵梁零件是重要的汽车车身结构件之一，在注重具备较高的强度、良好的抗疲劳性及较长的使用寿命外，还要尽可能轻量化，以满足现代汽车绿色制造的要求，因此对汽车纵梁零件的实际加工成形提出了较高要求。由于高强度激光拼焊钢板具有良好的力学性能，不仅能满足汽车车身纵梁零件的力学要求，而且更加轻质，是实现汽车车身轻量化的首选材料。目前采用高强度激光拼焊钢板进行汽车纵梁零件冲压成形是现代汽车制造的发展趋势之一。本文采用B340/590以及B400/780两种异质材料作为拼焊母材，研究该种拼焊钢板的汽车车身纵梁零件冲压成形的可能性。如何避免高强度拼焊钢板在冲压成形过程中的起皱，破裂以及焊缝移动等成形缺陷是本论文的研究重点。本文以典型圆筒件作为基础试验对象。首先通过理论分析，确定两种材料的焊接性能以及影响拼焊板冲压成形性能的主要因素。其次，通过试验制得拼焊板试样，并分别从坯料极限尺寸，焊缝位置，压边力加载方式等不同的影响因素入手，通过物理试验和数值模拟试验的对比结果，确定主要因素及影响规律。同时验证数值模拟试验的可靠性。为后续汽车车身纵梁零件冲压成形的试验研究奠定基础。选取一种典型的实际汽车纵梁零件为主要研究对象：首先利用逆向工程技术，通过对该种纵梁零件的三维测量获得该零件的几何特性点云图。其次利用CATIA软件进行该车身纵梁零件的三维几何建模。并通过对该纵梁零件的成形工艺加以分析，从而设计出该零件进行数值模拟试验所需要的凸、凹模模面。结合相同拼焊钢板在圆筒件冲压成形试验的相关试验结论，主要分析了冲压速度，压边力，凸、凹模间隙，摩擦系数，凹模圆角半径等关键冲压成形工艺参数对该种纵梁零件冲压成形性能的影响规律，基于有限元分析软件DYNAFORM并采用单因素控制法和正交控制法，对该纵梁零件的整个冲压成形过程进行模拟试验及系统性理论研究。全面分析上述各工艺参数对纵梁零件冲压成形的起皱，破裂，焊缝移动等典型冲压成形缺陷的影响，以找到最优化工艺方案。另外，由于坯料尺寸作为降低零件制造成本的最直接因素之一。本文采用了改进的逆向有限元法计算合理的所研究的车身纵梁零件的冲压成形坯料尺寸，并与传统有限元法及采用普通方板进行冲压成形模拟的试验结果加以比较分析，确定了改进的逆向有限元法在计算坯料尺寸方面的优越性。通过本论文研究，将先进CAE仿真技术运用到采用高强度拼焊钢板进行典型车身纵梁零件冲压成形缺陷的预测及成形工艺改进上，达到缩短汽车零部件设计、制作周期、降低制造成本、优化工艺参数的目的，为高强度拼焊钢板在汽车结构件上的应用提供理论和技术支持。
【作者】王斌；
【导师】龚红英；
【作者基本信息】上海工程技术大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】高强度激光拼焊钢板；冲压成形；逆向工程；数值模拟；

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