基于AutoForm的沖壓覆蓋件減薄率影響因素的正交試驗分析及應用

陳革 王鈞 馬超 牛靈凱 陳方正

摘? 要：本文通過AutoForm軟件對沖壓成型過程中的影響因素設計正交試驗展開分析，對實驗結果減薄率進行極差和方差分析，得出減薄率影響因素的作用效果依次是：摩擦力系數、拉延槽R、氣墊壓力、 板料尺寸、拉延筋R。根據實驗結論對穩(wěn)定的量產品質提供了理論依據，也給模具調試工作帶來了便利。

關鍵詞：AutoForm;正交試驗;方差分析

中圖分類號：TG38? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1005-2550（2019）03-0064-04

Abstract： In this paper， the influence factors in the press forming process of AutoForm software are designed to analyze the orthogonal test. The results of the thinning rate of the experimental results are analyzed by range and variance. The effects of the factors affecting the thinning rate are： friction， Drawing groove R， air cushion pressure， sheet size， drawbead R. According to the experimental conclusion， it provides a theoretical basis for the stable quantity of product quality， and also brings convenience to the mold debugging work.

Key Words： AutoForm; Orthogonal Test; Analysis of Variance

引言

近年來各大品牌汽車廠家件為了提升汽車的外觀商品性[1]，越來越追求復雜的外觀造型設計，而這些復雜的外觀造型設計，往往不利于沖壓成型，拉延開裂便是常見的零件缺陷。

AutoForm是目前世界上常用的沖壓模擬仿真軟件，其貼近生產實際的參數輸入端口，以及較高的結果預測精度，使其在汽車模具開發(fā)上得到廣泛的應用。本文應用AutoForm軟件，分析拉延開裂的各因素的影響效果 ，解決汽車模具安裝調試過程中常見的拉延開裂問題，縮短模具調試周期，而且為后期安定化生產提供理論據。

1? ? 正交試驗簡介及設計

沖壓覆蓋件拉延開裂的影響因素比較多 ，根據常用的模具安裝調試方法，總結影響因素有：壓邊力，摩擦力系數，壓邊圈上拉延槽凸R值，上模拉延筋R角以及材料尺寸等等。模具安裝調試過程中，發(fā)生拉延開裂，往往是依靠模具工程師的經驗來調整，具體每個因素的影響力是不清楚的。如果需要對以上5個因素的影響力展開全面的調查，那么就需要45次試驗， 試驗次數非常多。

正交試驗是一種以統(tǒng)計學、概率學為依據的科學高效的實驗手段[2]，它通過規(guī)范的正交表來對多因素安排試驗點，極大的縮小了試驗次數，而且來自不同因素的水平互相耦合，提高了試驗的全面性[3]。

1.1? ?拉延數模處理

圖1所示是某車型頂棚的拉延工藝數模[4]，工藝設計時其前部、兩側拉延筋均為方形筋，尾部拉延筋為圓筋，因為方筋基本不走料，產品造型基本靠模具型面脹形成型，方筋內材料減薄率不受外部因素干擾，基本不發(fā)生變化。通過AutoForm軟件模擬分析，試驗中通過調整直接影響頂棚尾部材料減薄率的尾部拉延筋形狀及尾部板料尺寸，從而避免了頂棚周邊材料對尾部的補充。

1.2? ?正交試驗設計

本試驗采取5因素4水平的試驗方案，選擇L16（45）的正交試驗表，正交試驗表設計見表1所示，考察5組因素的對減薄率的影響，為了減小試驗誤差 ，分別選取了頂棚尾部的A、B兩處不同位置的減薄率來評價影響力效果。正交試驗方案及結果見表2：

2? ? 試驗分析

極差分析法：當以上因素在各水平間改變時，對減薄率變化的最大值和最小值的差值稱為極差，極差越大時候，說明該因素對減薄影響的貢獻越大。對表2中的數據進行處理，將A處和B處的減薄率求平均值，然后計算得到各因素的極差，見表3。

從極差分析結果可知，以上5個因素對頂棚尾部減薄率的影響力順序依次是：拉延槽R、摩擦力系數、氣墊壓力、板料尺寸、拉延筋R。通常極差分析具有簡單明了、通俗易懂的特點，但是極差分析不能區(qū)分試驗結果是否受因素與因素間的交互作用影響，還是受誤差的影響較大，因此極差的分析結果僅供參考。

方差分析是通過將數據的變總平方和，分為組內和組間變差平方和，通過比較組內和組間的變差平方和來分析各因素對減薄率影響的顯著性，如果組內的F值比組間的F臨界值大，則說明該因素對拉延減薄率的影響是顯著的，反之亦然。如表4所示的結果表明：

根據方差的分析結果，5組因素的F值比都是遠大于F0.01，因此5組因素對頂棚尾部的減薄率的影響都是極顯著的，根據各因素的F值比大小排序：影響力效果摩擦力系數最顯著，其次是拉延槽R角，然后是氣墊壓力，最后是板料尺寸和拉延筋的R角。

3? ? 調試應用

通常模具調試過程中，我們對減薄率的影響是望小原則[5]，越小的減薄率在模具量產化的生產中，品質就越穩(wěn)定，不易產生廢品 。根據各因素的極差分析，因素主效應圖，如圖2所示。在5組因素的離散水平中，當期望減薄率最小時，選出對應組合，再次使用AutoForm進行運算，得出相應的減薄率值，其該方案得出的減薄率是最小的，結果如表5：

另外根據方差分析的結果，不同的因素有著不同的影響力，了解這些規(guī)律，對于模具調試工程師具有重要的現(xiàn)實意義。對于汽車側圍外板、翼子板外板、門內板等深拉延件，為了保證后期量產品質的穩(wěn)定性，在前期做沖壓工藝分析階段，往往會優(yōu)先選擇帶高潤滑膜的材料，來減小零件和模具的摩擦力系數，改善零件的減薄率，但是在調試模具期間，如果只是使用砂輪機打磨模具型面，而不進行拋光，減小摩擦力系數的話，板料會產生嚴重的開裂，可見摩擦力系數的影響力之重要。在模具早期調試階段，如果發(fā)生零件開裂，打磨及放大模具壓邊圈上的拉延槽R角能起到立竿見影的效果。在量產過程中倘若發(fā)生小的開裂，可以通過降低氣墊壓力，或移動材料的定位架，減少開裂側的材料尺寸，這兩種方法來應對;在量產過程中如果發(fā)生暗裂，可以通過對上模拉延筋的R角進行精加工來解決。

4? ? 結論

（1）通過AutoForm軟件，制定正交實驗對沖壓覆蓋件展開減薄率的統(tǒng)計學分析，得出了影響拉延減薄率的影響因素由大至小的順序依次是：摩擦力系數、拉延槽R角、氣墊壓力、板料尺寸、拉延筋R角;

（2）通過各因素的主效應圖優(yōu)選出了最佳組合方案，使用AutoForm軟件進行驗證，減薄率確實為最小，為穩(wěn)健的量產品質提供理論依據;

（3）通過正交分析實驗得出的結論，在生產過程中指導模具調試技術人員，極大的縮短了模具的調試工時，提高了模具調試的成功率，產生了大量的經濟的效益。

參考文獻：

[1]馬淑莉.車身沖壓件的成型性與設計研究[J].科技資訊，2013，97-98.

[2]彭愛紅.MiniTab軟件在有重復實驗中的正交試驗設計中的應用[J]. 集美大學學報，2003，14（1）：111-114.

[3]周婷.基于AutoForm仿真的汽車立柱沖壓工藝綜合優(yōu)化設計[D]. 鎮(zhèn)江：江蘇大學，2014.

[4]王屹峰.基于AutoForm的汽車沖壓件工藝參數正交試驗設計[J].汽車工程師，2014，2：33-35.

[5]向小漢.基于AutoForm的頂蓋沖壓成型仿真[J].汽車制作技術，2013，5：124-133.