基于正交試驗(yàn)的殼結(jié)構(gòu)沖壓成型工藝參數(shù)優(yōu)化

李政杰（貴州大學(xué)現(xiàn)代制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550025）

基于正交試驗(yàn)的殼結(jié)構(gòu)沖壓成型工藝參數(shù)優(yōu)化

李政杰
（貴州大學(xué)現(xiàn)代制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550025）

以某殼結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)UG建模軟件對(duì)研究對(duì)象組件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)建模，借助Abaqus數(shù)值模擬軟件對(duì)沖壓過(guò)程進(jìn)行模擬分析，選取沖壓過(guò)程中的壓邊力，沖壓速度，摩擦系數(shù)為實(shí)驗(yàn)影響參數(shù)，每種參數(shù)選取三個(gè)水平，采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行數(shù)值分析試驗(yàn)，將數(shù)值模擬和正交實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合，以板材減薄率、厚度極差為實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)劣指標(biāo)。分析四種參數(shù)的不同組合對(duì)模擬成型質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，最優(yōu)工藝組合為第七組，壓邊力600kg、沖壓速度4m/s、摩擦系數(shù)0.13時(shí)，減薄率、厚度極差最小。

沖壓成形；數(shù)值模擬；正交試驗(yàn)；Abaqus 軟件

在如今產(chǎn)品輕量化的趨勢(shì)下，大量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)零件時(shí)都采用板材沖壓結(jié)構(gòu)，例如：每輛汽車幾乎80%的零件都采用了沖壓結(jié)構(gòu)，包含1000多套沖壓模具，而沖壓件的制造容易出現(xiàn)破裂起皺，所以這些沖壓件的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量就決定了汽車整體的安全性、美觀性，本文采用的殼結(jié)構(gòu)就是一種大變形，成型過(guò)程復(fù)雜的深壓件。把握沖壓過(guò)程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)就顯得尤為重要，例如沖壓速度、摩擦系數(shù)、壓邊力［1，2］等，本文對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理，利用正交試驗(yàn)法和數(shù)值分析對(duì)沖壓過(guò)程進(jìn)行模擬［3］，研究殼結(jié)構(gòu)在沖壓過(guò)程中，以上三種參數(shù)對(duì)沖壓成形質(zhì)量的影響，選出最優(yōu)組合方式，結(jié)果可用于實(shí)際工作參考，減少試模次數(shù)，提高成形率，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

1　建立有限元模型

1.1零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示殼結(jié)構(gòu)，該零件尺寸較大，并且較深，在沖壓過(guò)程中，容易產(chǎn)生拉伸起皺，減薄破裂等現(xiàn)象，所以根據(jù)原始結(jié)構(gòu)的沖壓模型進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，在UG軟件中建立了結(jié)構(gòu)三維殼體模型。

1.2建立沖壓有限元模型

圖1所示的模型經(jīng)設(shè)計(jì)可直接作為凹模，根據(jù)凹模，通過(guò)偏置可以分別得到凸模，毛坯以及壓邊圈，圖2為有限元軟件Abaqus中建立的油底殼沖壓工序的有限元模型。

圖1　殼結(jié)構(gòu)

根據(jù)寶鋼公司最新的ST14鋼材料的性能測(cè)試數(shù)據(jù)，數(shù)值模擬過(guò)程中的力學(xué)性能設(shè)置如表1所示［4］。

表1　ST14力學(xué)性能表

2　正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖2　沖壓有限元模型

表2　正交試驗(yàn)表

由于模型為是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為減少作業(yè)量，故采用四分之一殼體模型對(duì)9種不同的因素水平組合進(jìn)行正交試驗(yàn)，沖壓結(jié)果厚度分布如圖3所示，結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 沖壓結(jié)果減薄率以及厚度極差表

3　結(jié)論

（1）用正交試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，能夠通過(guò)較少試驗(yàn)次數(shù)找到合適的工藝參數(shù)，有效控制板料在沖壓成形過(guò)程中的起皺和拉裂缺陷。

（2）經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證了沖壓件成形工藝的最佳工藝組合方案為壓邊力600 kN、沖壓速度4m/s、摩擦系數(shù)0.13。

［1］Z Q Lin，W R Wang，G L Chen.A new strategy to optimize var iable blank holder force towards improving the forming limi ts of aluminum sheet metal forming［J］.Journal of Materials Processing Technology，2007，183:339-346.

［2］P.A.Tebbe，G.T.Kridli，Warm forming of aluminium allo ys:an overview and future directions，Int.J.Mater.Prod.Technol.21（2004）24-40.

［3］李毅，張火土，李延平.基于CAE技術(shù)的覆蓋件沖壓工藝正交實(shí)驗(yàn) ［A］機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2012，28（5）:91-93

［4］柏陽(yáng)，YZ4D30發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼一次沖壓過(guò)程的有限元模擬及實(shí)驗(yàn)研究［D］.南京:南京理工大學(xué)，2008:32-40

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.004