论文基于数值模拟和正交试验的汽车覆盖件冲压工艺参数优化研究.docx

基于数值模拟和正交试验的汽车覆盖件冲压工艺参数优化研究摘要：综合考察及评价冲压工艺参数压边力、摩擦系数、模具间隙和冲压速度等对汽车覆盖件冲压质量的影响，以汽车翼子 板为研究对象建立仿真模型，采用正交试验法进行试验设计，用DYNAFORM软件进行数值模拟，获得虚拟试验数据通 过对试验数据的方差分析，讨论了工艺参数对汽车覆盖件质量影响的显著性，得到了优选工艺参数组合、以及模具间隙和摩 擦系数等的优设化置值关键词：汽车覆盖件冲压工艺参数数值模拟正交试验Optimization for stamping process parameters of automotive body parts with numericalsimulation and orthogonal experimentAbstract: Stamping process parameters, such as blank holder force, friction coefficient, die clearance and stamping velocity are studied, that have a lot effects on the quality of automotive body. Taking an automotive fender as the research object, the dummy experimental data are obtained by the combination of the orthogonal experiment and numerical simulations. The influence of stamping process parameters on the quality of automotive body are investigated. The optimal stamping technique parameters, and values of die clearance and friction coefficient are obtained by the analytic statistic result.Key words: Automotive body; Stamping process parameters; Numerical simulation; Orthogonal experiment1. 引言在汽车覆盖件的冲压成形过程中，其模具系统（凸模、凹模、压边圈、拉深筋等）和冲压工艺参数（润 滑油、压边力、冲头速度、凸凹模间隙等）对覆盖件的可成形程度和成形质量具有决定性的影响在实 际冲压生产中，一旦模具系统的参数确定后，只有冲压工艺参数可以调节。

冲压工艺参数对汽车覆盖件的 成形质量的影响存在诸多非线性时变和不确定因素，是成形过程工艺优化和质量控制的难点之一人们围 绕着这些因素利用数值模拟的方法展开了大量的研究R7],其目的在于指导模具设计与制造，指导冲压工艺 规划，从而冲压出高质量的冲压件Z.T.Zhang和J.L.Duncan"]利用ABAQUS模拟了把圆形坯料冲压成圆 筒件的过程他们通过改变塑性硬化指数、摩擦、坯料直径、压边力和模具圆角等参数，研究了对冲压件 成形极限和应变分布的影响You-Min Huang[3]利用有限元模拟方法，研究了冲压工艺参数摩擦系数、凹模 圆角半径、凸凹模间隙等对U形件卸载后最终形状的影响雷正保等人司利用LS-DYNA软件研究了模具 间隙、摩擦特性、模具网格密度、压边力等关键因素对冲压件冲压成形结果的影响，得出如下结论：模具 间隙取料厚的1.15倍为宜；摩擦系数越大，冲压件越易开裂；模具网格密度对分析过程影响有限；压边力 存在一个最优值他们通过数值模拟技术可以对工艺调整做出定性指导，得出有价值的结论，但其指导缺 乏定量的精度，要想获得好的结果，反复的试验调整仍是必需的试验设计方法在一定程度上可以减少反 复试凑的盲目性，能以较少的试验次数得到试验范围内较优的工艺组合。

两种方法的结合，可以定性定量 地分析解决问题汽车翼子板是重要的汽车覆盖件之一它的主型面曲率较小，四周有复杂的与车门柱、发动机罩和车 灯罩等零件相连的翻边，形状结构较为复杂与一般的冲压件相比，具有材料薄、形状复杂、形状尺寸精 度要求高、表面质量要求严格、刚度要好等特点且在成形时，坯料各部分不是同时贴模，而是顺着冲压 过程的进行逐步贴模，这使得其变形状态比较复杂坯料在整个冲压过程中的变形路径是一个典型的拉深 胀形变形过程本文以某车型的前翼子板为例，采用正交试验结合DYNAFORM软件数值模拟进行优化研 究，以提高复杂拉深件工艺参数优化设计的效率，减少试模时间，降低生产成本这一方法可以推广到其 它汽车覆盖件的冲压成形的工艺参数优化中2. 正交试验方案设计根据正交试验设计理论，可以利用数理统计学与正交性原理，从大量的试验点中挑选适量的具有代表 性、典型性的点，应用“正交表”合理安排试验的一种科学的试验方法圆正交试验设计方法具有下列两 个性质：1）水平均匀性即选择的试验对于每个因子和因子的每个水平都是均匀分配的，所以它们能够 全面的反映试验2）搭配的均匀性在所有的试验中，每个因子的水平出现的次数是相同的，而且任何 两个因子的搭配也都以相同的次数出现。

因此，从各因子搭配上也是能够全面反映所有试验的为了更清楚地表达正交试验设计方法，一般将它列成正交表在制订试验计划时，首先必须根据实际 情况，确定因子、因子的水平以及需要考察的交互作用，然后选取一张适当的正交表，把因子和需要考察 的交互作用合理地安排到正交表的表头上冲压件一旦开裂，就成为废品，所以在开裂的前提下讨论冲压件的最小厚度的影响因子是没有实际意 义的故本试验的因子的水平选择以冲压件不发生开裂为前提以前翼子板为例，冲压工艺参数一般由压 边力、冲头速度、凸凹模间隙和摩擦系数(润滑油调节)四因素组成在做前翼子板的初步模拟时，压边 力为30吨时，即可得到质量良好的冲压件，所以压边力以30吨为参考，选取水平为25t、30t、35t、40t 和45t当采用良好的润滑油时，摩擦系数可以达到0.05,而比较差的润滑，摩擦系数可以为0.3,所以选 取水平为0.05、0.1、0.15、0.2和0.25 o冲压虚拟速度建议取1000~5000mm/s[9],所以选取水平为1000mm/s, 2000mm/s, 3000mm/s、4000mm/s 和 5000mm/s凸凹模间隙取料厚的 110%、112%、115%、118%和 120%为水平。

所以，这是一个四因素五水平的正交试验设计，选取正交表45(56)-由于各因素之间没有交互作 用，表头设计取前四列，见表1表1正交表及模拟结果压边力(T)摩擦系数模具间 隙(mm)冲压速度 (mm/s)最小厚度(mm)最大厚度(mm)最大回弹 (mm)1250. 050. 8810000.7260.8257. 6952250. 10. 9020000.7280.82214. 7573250. 150. 9230000.7270.81920. 1904250.20. 9440000.7090.81314. 9045250. 250. 9650000.7140.81722. 6976300. 050. 9030000.7180.8317.4887300. 10. 9240000.7230.8219. 2788300. 150. 9450000.7180.81713. 5029300.20. 9610000.7110.81621. 27310300. 250. 8820000.7210.81222. 66311350. 050. 9250000.7140.8455. 35012350. 10. 9410000.7290.81214. 01213350. 150. 9620000.7210.83011. 35914350.20. 8830000.7050.81124. 60915350. 250. 9040000.7120.80617. 51916400. 050. 9420000.7210.83013. 22517400. 10. 9630000.7240.82012. 98018400. 150. 8840000.7080.81221.23619400.20. 9050000.7150.81213. 83820400. 250. 9210000.7140.80020. 49021450. 050. 9640000.7180.83110. 10522450. 10. 8850000.7200.81424. 83023450. 150. 9010000.7110.80914. 05624450.20. 9220000.7130.80220. 39725450. 250. 9430000.7030.80020. 1583. 数值模拟方法及冲压冲压工艺实验3.1模面设计汽车覆盖件在进行冲压工艺设计时，首先要进行模面设计，即根据冲压件零件设计出模具型面，然后 展开模具型面确定毛坯的形状和各部位的尺寸、制定冲压工艺和模具设计方案。

汽车覆盖件模具型面设计 通常是以零件的数学模型为基础，添加工艺补充面和压料面构成模面设计直接影响着拉深方向的确定、 模具网格单元划分的质量和冲压件成形的质量等分析覆盖件零件的三维模型，可将其形状分为3部分： 反映零件特征的形状面，与其他零件相连的连接面（称为翻边），及形状面上一些工艺特征，如孔洞在 设计型面之前，进行翻边展开，孔洞填补等工艺补充此外，在覆盖件零件的外形轮廓有急剧凹凸折曲和 较高的鼓包时，这些部位的成形容易开裂，也可能导致网格单元质量不高，所以在设计模面时，应根据实 际情况，尽可能加大过渡区域和过渡圆角，同时用DFE模块中的OUTER SMOOTH命令进行零件外轮廓 光顺处理模面设计一般流程如下：覆盖件零件光顺、填补孔洞一确定冲压方向一确定修边线一压料面设 计一工艺补充面设计一拉深筋、工艺切口设计一完整的拉深模面某车型的前翼子板的CAD数模见图1所示首先利用MESH TOOL命令对数模划分网格，观察零件 的特征是外轮廓过渡较大，因此，利用OUTER SMOOTH命令对外轮廓进行光顺处理利用TIPPING命令调整冲压方向，应考虑以下原则：1） 保证能将拉深件的全部空间形状一次拉深出来，即要保证凸模能全部进入凹模。

2） 尽量使拉深深度差最小，以减少材料流动和变形分布的不均匀性，有利于成形压料面是工艺补充的一个重要组成部分，设计压料面应遵循以下几方面：1） 压料面形状尽量简单化，以水平压料面为好2） 压料面应使成形深度小且各部分深度接近一致3） 压料面应使毛坯在。