1、分类号 TG306 单位代码 10618 密 级 公开 学 号 2120990001 专业硕士学位论文激光拼焊板渐进成形工艺与回弹控制研究研 究 生 姓 名： 郭秋华 导师姓名及职称： 安治国 副教授 申请专业学位类别 工程硕士 学位授予单位 重 庆 交 通 大 学 论文提交日期 2015 年 6 月 20 日 专 业 领 域 名称 机械工程 论文答辩日期 2015 年 6 月 7 日 2015 年 6 月 20 日Research on Incremental Forming Process and Springback Control of Laser Tailor-Welded A Di
2、ssertation Submitted for the Degree of MasterCandidate：Guo QiuhuaSupervisor：Prof.An ZhiguoChongqing Jiaotong University, Chongqing, China重 庆 交 通 大 学 学 位 论 文 原 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本
3、人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日重 庆 交 通 大 学 学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月
4、 日 日期： 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社 CNKI 系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日I摘 要渐进成形技术是近些年发展起来的板料成形方法，具有柔性高、成本低、成形力小及成形性能高等优点。将该技术应用到激光拼焊板成形领域的研究还很少见。激光拼焊板的应用和发展为汽车的轻量化、节能减排、降低制造成本、提高整车安全性等方面提供了条件，已得到了广泛的应用。随着激光拼焊板技术和渐进成形的技术越来越成熟，将渐进成形技术应用于激光拼焊板成形领域，对
5、拼焊板的工程应用有着重要的意义。通过研究发现，国内外学者利用数控渐进成形技术对激光拼焊板进行成形的研究还不够成熟，还有很多问题等待解决；板料渐进成形过程中易出现的缺陷主要有：制件超过成形极限、表面质量缺陷和制件成形精度低。因此，本文主要研究激光拼焊板渐进成形的成形极限和成形精度问题。 首先，介绍了国内外关于金属板料渐进成形的研究现状和激光拼焊板的特点以及数值模拟中焊缝模型的建立方法；然后，针对成形极限问题，以变角度椭圆台件为研究对象，建立激光拼焊板渐进成形有限元模型，通过正交试验方法研究渐进成形工艺参数对激光拼焊板渐进成形性能的影响，主要的工艺参数包括工具头直径、下压量、焊缝位置、板厚比；最后
6、，针对圆锥件的回弹问题，通过数值模拟方法研究激光拼焊板渐进成形的回弹问题，通过实验验证有限元模型的有效性并运用神经网络的方法，建立回弹预测模型。 研究结果表明： 1、渐进成形性能中：焊缝位置对板料成形极限的影响最大，其次为板厚组合、工具头直径和下压量；焊缝布置在与主应变方向垂直的地方，能够保证在焊缝处变形均匀；在保证零件加工精度及满足设备成形能力的前提下，尽量提高下压量不仅有助于提高激光拼焊板成形效率，还能有效提高成形极限。2、渐进成形精度中：成形高度对板料回弹的影响最大，其次为下压量、半顶角和工具头直径；成形高度越大，板料塑性变形越多，回弹量越小；BP 神经网络预测模型可以用来预测不同工艺参
7、数条件下，成形零件最终回弹量的大小。通过研究渐进成形工艺参数对激光拼焊板渐进成形性能和回弹的影响，并结合 BP 神经网络对渐进成形激光拼焊板回弹进行准确预测，预测不同工艺参数下的回弹量，进而指导工艺参数的选择，达到控制回弹的目的。关键词：渐进成形，激光拼焊板，成形性能，回弹，神经网络IIABSTRACTOwing to the advantages of high flexibility, low-cost, low forming force and high form ability, incremental forming becomes one of the new sheet met
8、al forming methods in recent years, which is rarely applied to the research of the forming of laser tailor-welded plate. Laser tailor-welded plate has been widely used everywhere because of the ways it has paved for the automotive lightweight, energy conservation and emissions reduction, manufacturi
9、ng cost reduction, improvement of vehicle safety, etc. With the increasing mature of laser tailor-welded plate and incremental forming technology, putting the incremental forming technology into the laser tailor-welded sheet has becomes especially vital to the area of engineering.Studies found that
10、both domestic and foreign using the incremental forming technology into the research laser tailor-welded sheet is not mature enough, there are many issues to be resolved. Common defects in sheet metal of incremental forming process are: parts over the forming limit, surface quality defects and the l
11、ow accuracy. Therefore, this article mainly discusses the forming limit and forming precision of incremental forming in the laser tailor-welded plate.First, this paper introduces the present situation and development of sheet metal incremental forming in the world and the characteristic of the laser
12、 tailor-welded plate, as well as a method of weld model in the numerical simulation. Then, with the variable angle ellipse part as the research object, a tailor-welded plate finite element model was built by using FEM in view of the problem of forming limit. The impact on forming properties of laser
13、 TWBS is researched by means of orthogonal experiment, what the main process parameters include tool diameter, tool depth, welding seam position and plate thickness. Finally, for the problem of springback during forming cone, researching the rebound problem of laser tailor-welded plate incremental f
14、orming by the numerical simulation; verifying the validity of the finite element model through the experiment; using the method of neural network to establish the rebound prediction model.The result shows that:Incremental forming performance: Weld position is the main factors for sheet metal forming
15、 limit, followed by combination of thickness, tool diameter and tool depth; Weld perpendicular to the principal strain can ensure uniform deformation; Maximizing IIItool depth not only helps to improve the forming efficiency of laser tailor welded plate, but also can improve the formed limit effecti
16、vely on the premise of ensuring the accuracy of the machining parts and meeting the shaping ability of the equipment, to maximize tool depth not only help to improve the forming efficiency of laser tailor welded blanks, but also can improve the formed limit effectively.Incremental forming precision:
17、 Forming height is the biggest problems of the rebound of plate, followed by tool depth, half-apex Angle and tool diameter. The higher forming height, the more plastic deformation of sheet metal, the smaller rebound. BP neural network prediction model can be used to predict the rebound of the formed
18、 parts under the condition of different process parameters.Through studying forming performance and rebound of the incremental forming process parameters, combining the BP neural network accurately forecast for the rebound in the laser welding plate incremental forming, to predict the springback und
19、er different process parameters, and thus to guide the selection of process parameters, to achieve the purpose of control the springback.KEY WORDS: incremental forming, laser tailor-welded, forming properties, springback, neural networkIV目 录第一章 绪论 .11.1 课题背景和意义 .11.1.1 课题研究背景 .11.1.2 课题研究意义 .11.2 金属
20、板料数控渐进成形技术概况 .21.2.1 金属板料渐进成形原理及技术特点 .21.2.2 国内外数控渐进成形研究现状 .31.2.3 渐进成形技术应用实例与前景 .71.3 激光拼焊板简介 .91.3.1 激光拼焊板的特点 .101.3.2 拼焊板焊缝模型建立的方法 .101.3.3 影响激光拼焊板成形质量的主要因素 .121.4 本文主要研究内容 .13第二章 激光拼焊板渐进成形数值模拟 .152.1 有限元模型的建立 .152.1.1 单元类型 .152.1.2 材料模型 .162.1.3 接触处理 .172.1.4 工具头轨迹加载 .202.1.5 网格划分 .232.1.6 求解方法的
21、选取 .242.2 本章小结 .25第三章 工艺参数对激光拼焊板渐进成形性能的影响 .263.1 影响激光拼焊板渐进成形性能的工艺参数 .263.2 激光拼焊板渐进成形性能正交试验方案 .263.2.1 试验指标的确定 .273.2.2 因子和水平的确定 .273.2.3 正交表的选定 .283.2.4 进行正交试验 .283.2.5 正交试验结果 .283.3 激光拼焊板渐进成形试验结果及讨论 .303.3.1 极差分析法 .303.3.2 各因素对成形性能影响分析 .313.4 成形过程的模拟结果分析 .343.4.1 成形过程 .353.4.2 应力分析 .36V3.4.3 应变分析 .
22、383.4.4 板厚分析 .393.5 本章小结 .40第四章 激光拼焊板渐进成形回弹研究 .424.1 渐进成形回弹的本质 .424.2 激光拼焊板渐进成形回弹数值模拟及试验验证 .444.2.1 激光拼焊板渐进成形数值模拟 .444.2.2 整体卸载（去除压边力）回弹模拟 .464.2.3 激光拼焊板渐进成形回弹模拟的实验验证 .484.3 基于正交试验的回弹影响因素分析 .524.3.1 正交试验设计 .524.3.2 极差分析 .534.4 BP 神经网络对激光拼焊板渐进成形回弹预测 .564.4.1 BP 神经网络原理 .564.4.2 BP 神经网络模型的建立及回弹控制研究 .574.5 本章小结 .60第五章 总结和展望 .625.1 总结 .625.2 展望 .62致谢 .64参考文献 .65在学期间发表的论文和取得的学术成果 .68
