考慮成形過程的拼焊板數(shù)字化定制技術(shù)研究.pdf

1、拼焊板(TWB,Tailor Welded Blank)技術(shù)是將兩塊或兩塊以上不同厚度、不同材料的板材焊接在一起,然后整體沖壓成形的技術(shù),是構(gòu)件輕量化設(shè)計(jì)的重要方法。本文深入研究了激光拼焊板數(shù)字化設(shè)計(jì)制造基本流程及其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。通過對(duì)拼焊板設(shè)計(jì)過程和成形過程的研究,提出了以拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化為基礎(chǔ)拼焊板設(shè)計(jì)方法并通過水平集方法實(shí)現(xiàn)了拼焊板的分割。在此基礎(chǔ)上,考慮成形過程中焊縫移動(dòng)問題,提出基于預(yù)偏移的坯料焊縫補(bǔ)償方法,給出了拼焊板數(shù)

2、字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的集成方案,論文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)焊縫位置、形狀直接影響拼焊板的成形性能。拼焊板零件通過優(yōu)化材料分布來實(shí)現(xiàn)構(gòu)件輕量化,其最優(yōu)設(shè)計(jì)的焊縫形狀具有多樣性,這也增加拼焊板成形的復(fù)雜性和特殊性。針對(duì)于此,選用筒形拼焊板零件,設(shè)計(jì)了不同類型的曲線焊縫,通過增量有限元仿真實(shí)驗(yàn),探討了不同焊縫位置、形狀對(duì)拼焊板成形性能的影響,得出了曲線焊縫對(duì)拼焊板成形的影響規(guī)律。
　　(2)拼焊板構(gòu)件設(shè)計(jì)是確定最佳材料(或厚度

3、)分布過程,厚側(cè)(或高強(qiáng)度)母板承擔(dān)著主要的構(gòu)件載荷。傳統(tǒng)的拼焊板設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)為主,通常在需要加強(qiáng)板的區(qū)域使用高強(qiáng)度或大厚度板材,這種方法很難獲得最優(yōu)的拼焊板設(shè)計(jì)。本文提出以變密度法為基礎(chǔ),以構(gòu)件最小變形能為目標(biāo)的拼焊板拓?fù)鋬?yōu)化方法?？紤]構(gòu)件實(shí)際應(yīng)用條件,利用拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了車門內(nèi)板的拼焊板定制,降低了車門構(gòu)件重量,提高了車門剛度。
　　(3)研究了基于推廣GAC(Geodesic Active Contour,測地線活動(dòng)

4、輪廓)模型的水平集圖像分割方法,針對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化云圖,提出基于水平集原理拼焊板自動(dòng)分割方法,通過Malab編程計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了對(duì)灰度云圖和彩色云圖的自動(dòng)分塊,并運(yùn)用曲線擬合理論,完成了拼焊板焊縫曲線的擬合。
　　(4)由于拼焊板焊縫兩側(cè)母材材質(zhì)或厚度不同,其抵抗變形能力不同,由此拼焊板在成形過程中會(huì)產(chǎn)生焊縫移動(dòng)現(xiàn)象,造成設(shè)計(jì)拼焊板構(gòu)件與實(shí)際成形后拼焊板焊縫形狀差異,針對(duì)此現(xiàn)象提出一種考慮成形過程的焊縫補(bǔ)償模型,該模型基于預(yù)偏移方法,借助增

5、量有限元仿真計(jì)算和多學(xué)科優(yōu)化軟件,通過自定義優(yōu)化器,實(shí)現(xiàn)了拼焊板坯料的焊縫補(bǔ)償。
　　(5)針對(duì)目前缺乏專用的拼焊板設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的現(xiàn)狀,提出了拼焊板數(shù)字化設(shè)計(jì)制造解決方案?；贖yper Works仿真平臺(tái)集成了拼焊板拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化、分塊設(shè)計(jì)、毛坯展平與焊縫補(bǔ)償?shù)裙δ?實(shí)現(xiàn)了拼焊板設(shè)計(jì)、制造的一體化。
　　論文工作對(duì)于提高拼焊板零件設(shè)計(jì)與成形一體化水平具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值,特別是對(duì)汽車構(gòu)件輕量化和節(jié)能減排都有