2020年春季学期，一场突如其来的疫情，阻挡了学生们返校的脚步，影响了2020届毕业生毕业设计（论文）进展。为做好毕业设计（论文）指导工作，学院多次召开线上会议，研讨毕设线上指导工作，制定《机械工程学院2020年春季学期防疫阶段本科毕业设计实施方案》、《机械工程学院2020年春季学期防疫阶段本科毕业设计相关要求》、《机械工程学院关于开展2020届本科生毕业设计（论文）中期检查方案》。毕设指导教师积极完成毕设学生情况梳理，并根据学生实际情况进行分类指导，利用“云端”开展线上毕业设计（论文）指导工作，在疫情期间将毕业设计（论文）进展所受影响尽力减到最小，保证毕业设计（论文）质量不降低。毕业设计中期检查工作中，同学们精彩的答辩、在家自制的实物让我们对他们的毕业设计充满了信心，就让我们一睹为快吧：

学生姓名：肖  玲

班      级：机械2016-05班

指导教师：谢延敏

毕设题目：U形件成形回弹数值分析及模具设计

      一、概况

      1.选题意义

板料成形是一种十分重要的金属塑性成形方法，与切削等其他工艺相比，冲压成形方法具有很多独特的优点，主要体现在模具使用寿命长、生产效率高、材料利用率高、产品精度稳定、操作方便、比较容易实现机械化和自动化、大规模生产成本低。因此板料冲压成形广泛应用于航空、汽车、电器等工业中，尤其在汽车制造中更为重要。但板料冲压成形过程往往产生很多缺陷，并且难以纠正。起皱、破裂以及回弹是板料冲压成形中的三种常见缺陷，其中回弹最难控制。回弹现象会影响零件的形状尺寸精度、表面质量以及后续的装配等工序和焊装件的使用可靠性，增加了校形的工作量，延长了生产周期，提高了生产成本。

随着我国经济飞速发展，汽车行业发展迅猛。近年来，汽车公司从安全性、经济性和节能环保的角度出发，大量应用高强度钢、铝合金和镁合金等材料，大大降低了车重，从而使燃油的消耗和废气的排放大大下降，缓解了污染问题。相关研究表明，车身重量与排放有一定联系。若燃油汽车质量每下降10%，油耗将下降6%~8%，排放将下降4%~6%，车辆质量每下降100kg，二氧化碳排放将减少5g/kg。美国铝业协会提出，车重若每减轻25%，能使汽车加速的时间从原来的10s减少到6s，轻量化的汽车在较低的牵引负荷状态下将会表现出同样的或者更好的性能。该观点在当下流行的新能源汽车领域一样适用。所以无论从传统汽车的减排还是从新能源汽车增加续航的发展趋势看，轻量化都是一个有效的手段。控制高强钢和镁铝合金的回弹一直是个比较棘手的问题，传统的方法通常是通过反复地修模、试模来补偿，花费了大量的人力、物力。有限元数值模拟技术的出现，为提高冲压件的质量、缩短产品开发周期以及回弹问题的控制和优化提供了参考和指导。回弹不仅是工业生产中一个急需解决的实际问题，也受到了学术界长期以来的关注。从1993年开始，几乎每届的板料成形三维数值仿真国际会议NUMISHEET都会涉及回弹的相关题目。

U形件作为一种典型的冲压件，其回弹问题极具代表性，当采用高强度钢薄板或铝合金薄板成形时，回弹变形相对较严重。在汽车冲压件中有很多类U形件，这一类零件在成形过程中出现的质量问题主要由弯曲变形以及回弹变形较大引起。目前高科技新材料成本高、普及率低，铝合金相对而言性价比较高，无疑成为车身轻量化的首选材料，其应用越来越广泛。因此本文以铝合金薄板U形件弯曲回弹作为研究对象，利用有限元数值模拟技术研究板料冲压成形中冲压成形参数等对U形件弯曲回弹的影响，对企业提高汽车冲压件成形的精度、减少模具设计制造的成本、缩短新产品的开发周期等具有一定的借鉴和参考价值。

2.任务分解

    第一部分：熟悉题目，查阅资料，完成文献综述、翻译外文资料、熟悉相关软件。

    第二部分：利用三维软件对U形件进行三维造型。 

    第三部分：利用有限元软件进行零件的成形工艺分析和工艺优化，从而确定合理的成形工艺条件。  

    第四部分：进行模具设计计算，并利用三维几何软件进行零件和模具造型设计。

    第五部分：撰写毕业设计论文。 

二、已完成工作

（一）文献综述与外文翻译

1.文献综述

2.外文翻译

篇名为维氏微硬度技术在板材成形过程中的实验特征。

（二）建模

1.几何模型的建立

通过solid works建立好模型如图，由于Dynaform软件采用的是壳单元技术，所以几何模型中的每个零件都是面结构而不是体结构。

几何模型

2.有限元模型的建立

主要建模过程如下：

⑴通过标准数据转换接口IGES将几何模型导入Dynaform中，如图所示；

有限元模型

⑵ 设置环境参数：

          ①单位为：MM，TON，SEC，N

          ②拉延方式为：Double action

          ③接触类型为：Form One Way S.to S.

          ④冲压方向为:Y方向

⑶ 编辑零件层：编辑凸凹模、板料和压边圈

⑷ 划分网格：将板料划分为边长为2的四边形单元，模具划分为边长为3的四边形单元，并进行网格检查。

       ⑸工具定义:

          ①凸模定义为速度控制，速度为1.5m/s

          ②压料面定义为力控制，压边力为8000N

          ③摩擦系数定为0.15

          ④模具间隙定为0.891

       ⑹ 求解计算：

经过后处理得到U形件，其成形极限图如图所示，可以看出都处于绿色的安全区域；

成形极限图

厚薄图如图所示，最小厚度为0.778，计算厚薄率为4%，小于10%，所以成形工艺不考虑起皱和拉裂等缺陷，只考虑回弹。

厚薄图

3.回弹分析

分析步骤：

（1）导入文件：由于自适应网格划分出现局部网格细化，原因是为了提高有限元计算在这些部位的计算精确度；

（2）定义板坯：设置板料厚度及材料参数等，必须和前面U形件的相关参数一致；

（3）选取积分点：选取三个约束点，从而消除刚体位移（6个自由度）；

（4）求解计算：得到回弹后的U形件和U形件回弹前后轮廓对比如图所示；

回弹后的U形件

U形件前后轮廓对比

（5）测量回弹量：根据NUMISHEET93的测量标准，在U形件上选取截面线进行测量；

（6）结果对比：将测得的结果和真实试验的结果进行对比，其相对误差率小于5%，从而证明论文采用的数值模拟技术是可靠和可信的。

结果对比

（三）参数分析

1．影响回弹的因素：

           ①板料的形状尺寸

           ②润滑条件（摩擦系数等）

           ③冲压参数（冲压速度、压边力等）

           ④材料参数（板料厚度、材料性能等）

           ⑤模具参数（模具圆角、模具间隙等）

          ⑥其他因素（温度等）

2.回弹测量：为了测量的简便，选取新的测量标准进行测量；

3.影响因素分析

（1）摩擦系数对回弹的影响规律：通过选取四组摩擦系数测量U形件的回弹量，得出摩擦系数对回弹的影响规律为摩擦系数增大，回弹大大减小。其原因是摩擦力可以增大拉应力变形区，使得板料内外表面的应力状态更趋于一致。

（2）压边力对回弹的影响规律：通过选取四组压边力测量U形件的回弹量， 得出压边力对回弹的影响规律为压边力增大，回弹量也减小。原因是压边力的增大使得压应力作用区向拉应力作用区转移，内外表面的压力差大大减小。

（3）模具间隙对回弹的影响规律：通过选取四组模具间隙测量U形件的回弹量， 得出模具间隙对回弹的影响规律为间隙越大，回弹越大，但是到某个值的时候会趋于稳定，对回弹的影响不大。

三、 下一步工作计划

1.采用多因素试验问题的数学方法——正交设计法对板料厚度、模具间隙、模具圆角与U形件弯曲回弹的影响关系进行更细致的分析。

2.考虑各个因子间的交互作用，利用方差分析探究不同冲压参数对U形件弯曲回弹的影响程度，并基于代理模型优化工艺参数。

3.根据优化后的条件进行模具设计计算，并利用三维几何软件进行零件和模具造型设计。

4.撰写毕业设计论文。

中期检查答辩中主要问答内容：

⑴ 题目为U形件成形回弹数值分析及模具设计，现在做了前半部分的回弹数值分析，分析结果要如何体现在后续的模具设计当中？

答：目前探究了影响U形件回弹的因素，下一步还需要利用基于实验设计的响应面优化参数，然后根据获得的最优参数来进行模具的设计。

⑵ U形件是个比较常见的零件，在很多模具设计手册上都有现成的关于U形件的模具设计，你的这个模具设计最后工作量够吗？

答：因为U形件很特殊，我的模具最终是根据自己的优化参数来设计的，和模具设计手册上的模具会有差别，而且前期的优化工作会很重要，总体工作量是够的。

在本次完成毕业设计的过程中，我学会了很多新的技能，比如在查找参考文献的过程中学会准确检索信息，从而快速找到自己需要的信息。通过阅读外文文献，提升了英语水平。在软件的学习和使用过程中虽然常常遇到问题，但是我都通过查找资料，请教老师等方式一步步解决了，这个不断学习的过程饱含艰辛，却让我受益匪浅。通过中期答辩的开展，我对自己目前已经完成的工作进行了归纳总结。在阐述自己对毕业设计题目的理解时，我对自己的题目有了更加深刻的认识，明白了自己完成此次毕业设计的意义，在主要研究内容上思路也变得更加清晰，以便于开展后续工作。评委老师们对我目前的工作提出了很有价值的问题和建议，我发现了自己还存在的问题，争取在后面的工作中尽快加以改正。

虽然由于疫情的影响，我们只能采用线上指导的方式，但是在这个过程中，谢延敏老师时刻关注我们的完成进度并加以督促，在我遇到问题时，他都很耐心地帮我解决，给我提供软件使用教程，对我完成的文献综述以及外文翻译等都进行修改和批注等，十分尽职尽责。