基于有限元的農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板彎曲成形分析及優(yōu)化

王 碩,吳 艷,馬炎漫,曾如鐵,熊錦林

基于有限元的農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板彎曲成形分析及優(yōu)化

王 碩,吳 艷*,馬炎漫,曾如鐵,熊錦林

武漢輕工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 湖北 武漢 430048

借助DYNAFORM有限元軟件建立農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板彎曲成形的有限元模型，分析厚度、壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)和凹凸模間隙對其彎曲回彈的影響規(guī)律，研究6061鋁合金農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板的回彈問題。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，通過正交優(yōu)化分析得出：在一定范圍內(nèi)，農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板的回彈量與厚度、壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，與凸凹模間隙呈現(xiàn)先負(fù)后正相關(guān)關(guān)系；影響回彈量的因素排列次序?yàn)閴哼吜Α纪鼓ｉg隙、厚度、摩擦系數(shù)、沖壓速度；最優(yōu)參數(shù)組合為厚度2 mm，壓邊力300 kN，沖壓速度5000 mm?s-1，摩擦系數(shù)0.65及凹凸模間隙1.65 mm。同時(shí)，基于工藝參數(shù)優(yōu)化，采用等效拉延筋和回彈補(bǔ)償策略共同控制該制件的回彈，結(jié)果分析表明：等效拉延筋起到降低回彈程度的作用；回彈補(bǔ)償策略能夠有效地減小回彈量。本項(xiàng)研究表明，采用工藝參數(shù)控制法、等效拉延筋法和回彈補(bǔ)償策略能夠有效地控制農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板的彎曲回彈程度，為擋泥板實(shí)際生產(chǎn)加工過程提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)與可靠的數(shù)值依據(jù)。

農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板;數(shù)值模擬;正交試驗(yàn);回彈優(yōu)化及補(bǔ)償

隨著汽車輕量化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，沖壓成形工藝在汽車零件生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，材料輕量化問題備受關(guān)注，研究表明，通過減輕汽車質(zhì)量10%，可實(shí)現(xiàn)油耗降低6%～7%[1]。實(shí)現(xiàn)汽車質(zhì)量減輕的主要途徑之一是采用輕量化材料替代傳統(tǒng)鋼板，而鋁合金因其低密度、輕重量、高比強(qiáng)度、高比剛度、強(qiáng)耐腐蝕性以及高回收率等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為是最具研究價(jià)值的輕量化材料之一[2]。因此，鋁合金在汽車輕量化技術(shù)中逐漸替代汽車鋼板并得到廣泛應(yīng)用[3]。同時(shí)，農(nóng)用拖拉機(jī)作為農(nóng)業(yè)中不可或缺的設(shè)備，其擋泥板作為必要零件，其成形過程存在著起皺、破裂及回彈等問題，這些缺陷在一定程度上制約了農(nóng)用拖拉機(jī)在汽車輕量化進(jìn)程中的發(fā)展與推廣。在這些缺陷中，回彈被認(rèn)定為彎曲成形過程中最難控制的缺陷之一[4]。

汽車零件的回彈優(yōu)化與補(bǔ)償問題一直都是學(xué)者研究的熱點(diǎn)。例如，艾鋒[5]以某汽車擋泥板為研究對象，基于Design-exper軟件建立摩擦系數(shù)、壓邊力、拉延筋阻力系數(shù)與板料拉裂、起皺之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，以解決板料成形中起皺、破裂及回彈的問題；王大鵬[6]等人為解決某汽車縱梁沖壓成形過程中存在的破裂、起皺和回彈等缺陷，采用基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬、克里金模型和遺傳算法相結(jié)合的優(yōu)化策略，并使用DYNAFORM有限元軟件對某汽車縱梁進(jìn)行了工藝優(yōu)化和回彈補(bǔ)償；茍春梅[7]等人研究了某汽車后地板零件的回彈控制問題，采用AutoForm軟件對某汽車后地板零件進(jìn)行工藝優(yōu)化和回彈補(bǔ)償。這些研究都屬于采用數(shù)值模擬技術(shù)模擬金屬板料成形過程，并進(jìn)行缺陷預(yù)測與改善的領(lǐng)域。實(shí)際研究表明，不同結(jié)構(gòu)的制件成形過程存在著截然不同的變化規(guī)律，各工藝參數(shù)對于制件成形質(zhì)量有著不同的影響[1]。農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板在彎曲成形過程中容易出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，該難題嚴(yán)重影響著農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板的成形質(zhì)量、尺寸精度與使用壽命等。

本文主要從優(yōu)化工藝參數(shù)和改善鋁合金板料彎曲性能兩個(gè)角度出發(fā)，通過對6061鋁合金擋泥板彎曲成形進(jìn)行數(shù)值模擬，考察厚度、壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)和凹凸模間隙等工藝參數(shù)對其彎曲回彈的影響，結(jié)合優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，從而達(dá)到改善農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板成形質(zhì)量的目的，為解決6061鋁合金板料回彈提供理論基礎(chǔ)與數(shù)值依據(jù)，這對于提高彎曲件的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要意義。

1 材料及零件模型

1.1 材料參數(shù)和模型

在大多數(shù)情況下，農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板主要采用鋼材等重質(zhì)材料進(jìn)行制造。6061鋁合金雖然不常作為生產(chǎn)擋泥板等關(guān)鍵零件的首選材料，但考慮到減輕整體重量的需求，選用其作為擋泥板材料。此外，6061鋁合金具備優(yōu)異的強(qiáng)度、耐腐蝕性和可加工性等特性，這些特性使其能夠滿足擋泥板在實(shí)際使用中的基本需求。采用6061鋁合金作為農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板材料，其化學(xué)成分如表1所示[8]。通過6061鋁合金板料單向拉伸試驗(yàn)獲得力學(xué)性能數(shù)據(jù)，擬合數(shù)據(jù)輸入至DYNAFORM軟件中的36號材料模型(3參數(shù)Barlat材料模型)。36號材料模型特別適合應(yīng)用于任何金屬薄板沖壓成形分析中，能夠更好地反映出各向異性對沖壓成形的影響，從而獲得更可靠的分析結(jié)果[9,10]，故6061鋁合金材料須采用此模型進(jìn)行分析。

表 1 6061鋁合金化學(xué)成分表

在DYNAFORM軟件中創(chuàng)建6061鋁合金材料模型，其力學(xué)性能參數(shù)如表2所示，應(yīng)力-應(yīng)變曲線及成形極限曲線如圖1所示[8]。

表 2 6061鋁合金力學(xué)性能參數(shù)表

圖 1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線(a)及成形極限曲線(b)

1.2 成形工藝分析

本文研究的是400-12型號的農(nóng)用拖拉機(jī)前輪擋泥板，該擋泥板適配時(shí)風(fēng)和福田品牌的小型農(nóng)用拖拉機(jī)，成形工藝為翻邊-彎曲。彎曲毛坯件的尺寸計(jì)算[11]：

圖 2 農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板工件圖

1.3 有限元模型

運(yùn)用CATIA軟件設(shè)計(jì)出農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板的三維模型，并且將其進(jìn)行相應(yīng)處理后，導(dǎo)入DYNAFORM軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。采用雙動(dòng)成形技術(shù)，利用DYNAFORM模面工程(DFE)模塊，自動(dòng)生成凸模、凹模和壓邊圈工具，并對相應(yīng)的參數(shù)及成形工序進(jìn)行了定義與設(shè)置。有限元分析中的網(wǎng)格質(zhì)量是確保模擬準(zhǔn)確性和計(jì)算效率的關(guān)鍵[9]。在DYNAFORM軟件中，殼元網(wǎng)格適用于薄壁結(jié)構(gòu)成形模擬，能夠有效捕捉材料的厚度變化。結(jié)合自動(dòng)、手動(dòng)網(wǎng)格劃分及其局部細(xì)化，允許仿真初步驗(yàn)證后逐步提高網(wǎng)格密集度，增強(qiáng)模擬仿真的精度，使設(shè)計(jì)驗(yàn)證和性能預(yù)測更為精確。在板料彎曲沖壓過程中，凸模下行，壓邊圈與凹模首先貼合并壓緊板料，凸模繼續(xù)下行完成彎曲沖壓。模擬過程中不考慮板料與模具之間的熱交換問題，即將其視為等溫問題[8]。6061鋁合金農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板彎曲成形有限元光照模型，如圖3所示。

圖 3 農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板彎曲成形有限元光照模型

2 基于正交試驗(yàn)的回彈分析

2.1 正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)具有優(yōu)良的均衡分散性和整齊可比性，能夠簡化數(shù)值模擬及計(jì)算的繁雜性，是研究多變量多水平問題的有效試驗(yàn)方法[12,13]。在板料彎曲成形過程中，回彈量受到很多因素的影響，但材料確定后，其他主要影響因素就是工藝參數(shù)[14,15]，例如厚度、壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)和凹凸模間隙等。這些工藝參數(shù)對彎曲件的成形質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

本文正交試驗(yàn)考察了以上5個(gè)影響因素，其主要目的是研究各影響因素對彎曲回彈量的影響程度并探討其影響規(guī)律。正交試驗(yàn)?zāi)芊袢〉脤?shí)質(zhì)性效果的關(guān)鍵是，確定影響因素的水平[16]。在本試驗(yàn)中，根據(jù)板料成形數(shù)值模擬經(jīng)驗(yàn)，可將厚度分別設(shè)定為1.0 mm、1.5 mm和2.0 mm三個(gè)水平；結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)[2]，綜合考慮取100 kN、200 kN和300 kN作為壓邊力的三個(gè)水平[2]；在板料成形數(shù)值模擬時(shí)，通常將實(shí)際拉深速度放大若干倍作為沖壓速度(即虛擬沖壓速度)，依據(jù)文獻(xiàn)[2]作為參考，故取1000 mm?s-1、3000 mm?s-1和5000 mm?s-1作為沖壓速度的三個(gè)水平[2]；在數(shù)值模擬中，可以認(rèn)為擋泥板制件各處的摩擦系數(shù)是一致的[17]，取6061鋁合金板料在1427潤滑劑、3959潤滑劑以及無潤滑劑（干摩擦）三種潤滑條件下的摩擦系數(shù)，分別為0.10、0.14和0.65，并將其設(shè)定為摩擦系數(shù)的三個(gè)水平；在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式=(0.9～1.3)來確定凹凸模間隙，故將凹凸模間隙設(shè)定為0.9、1.1和1.3三個(gè)水平（值指厚度大小）。

采用上述5個(gè)因素作為研究因素，針對每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)不同的水平值，并且制定出正交試驗(yàn)因素水平表，具體內(nèi)容詳見表3。

表 3 正交試驗(yàn)因素水平表

基于上述因素水平表，則相應(yīng)地選擇18(37)標(biāo)準(zhǔn)正交試驗(yàn)表，正交表中會(huì)有2個(gè)空白列，且在試驗(yàn)中不起作用，但可以用于其他分析?；貜梿栴}是直接影響農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板成形質(zhì)量的最大問題，需要對回彈量(彎曲角回彈量)進(jìn)行綜合性研究，故將其設(shè)置為評價(jià)指標(biāo)。在板料彎曲成形數(shù)值模擬過程中，根據(jù)公式(4)[2]能夠計(jì)算出彎曲變形區(qū)在卸載過程中的彎曲角回彈量大小。

(4)

式中[2]：0—加載時(shí)的中性層曲率半徑；0—加載時(shí)的彎曲角；′0—卸載后的中性層曲率半徑；?—卸載后的彎曲角回彈量。正交試驗(yàn)表列于表4。

表 4 正交試驗(yàn)表

2.2 極差與方差分析

極差分析結(jié)果如表5所示，從此表中可以看出厚度、壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)和凹凸模間隙5個(gè)因素均為有效影響因素。從極差分析結(jié)果來看，因素的極差值愈大，則說明回彈量受到該因素的影響愈顯著。由表5可知，影響回彈量的因素排列次序?yàn)?壓邊力)>(凹凸模間隙)>(厚度)>(摩擦系數(shù))>(沖壓速度)。

回彈量越小，即各因素水平對應(yīng)的k值也越小[7]。因素3較小，故3較好；因素3較小，故3較好；因素3較小，故3較好；因素3較小，故3較好；因素2較小，故2較好。根據(jù)各因素水平的值，得到最優(yōu)參數(shù)組合為33332，即厚度為2.0 mm，壓邊力為300 kN，沖壓速度為5000 mm?s-1，摩擦系數(shù)為0.65及凹凸模間隙為1.65 mm。

表 5 極差分析結(jié)果

注: 其中k為同一因素下第個(gè)水平的回彈量平均值(=1、2、3)，為因素的極差。

Note: In this context,krepresents the average rebound quantity at theth level under the same factor (=1,2,3), anddenotes the range of the factor.

由于極差分析無法估計(jì)試驗(yàn)誤差的大小，也不能進(jìn)行顯著性測量[18]。通過方差分析，可進(jìn)一步了解各因素對回彈量影響的量化估計(jì)[19]。根據(jù)各因素的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，得出各因素的顯著性結(jié)果。各因素對回彈量影響的方差分析結(jié)果，如表6所示。

表 6 方差分析結(jié)果

注:1.離差平方和；自由度；-均方；-分布統(tǒng)計(jì)量；0.05-顯著性水平=0.05時(shí)查表獲得的臨界值，0.05=5.14；因素對試驗(yàn)結(jié)果無顯著影響的概率；-該因素的影響性顯著；-該因素對試驗(yàn)結(jié)果有影響，但不顯著。

2.均方計(jì)算完成后，若某個(gè)因素的均方比誤差的均方小或者相等，則應(yīng)該將這些因素歸為誤差[5]，從而構(gòu)成一個(gè)新誤差e。在方差分析中得到MS＜MS，這表明了因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響較小，將其歸入誤差，從而形成新誤差e，新誤差e的離差平方和、自由度和均方都發(fā)生變化。

Note: 1.-Sum of Squares for Deviation;-Degrees of Freedom;-Mean Square;-distribution statistic;0.05-the critical-value at the significance level=0.05, where0.05=5.14;-value-the probability that the factor has no significant impact on the experimental results;-indicates that the effect of the factor is significant;-indicates that the factor has an effect on the experimental results, but it is not significant.

2. After calculating the mean square, if the mean square of a factor is less than or equal to that of the error, these factors should be attributed to the error[11], thus forming a new errore. In the analysis of variance, ifMS<MS, it indicates that the influence of factoron the experimental results is minor, and it should be included in the error, forming a new errore. The sum of squares for deviation, degrees of freedom, and mean square for the new erroreall undergo changes.

方差分析結(jié)果顯示，雖然各因素的值均小于0.05，但是壓邊力依舊是影響最大的因素，其次是凹凸模間隙、厚度以及摩擦系數(shù)，沖壓速度的離差平方和很小，其影響可以忽略不計(jì)。

綜合考慮極差與方差分析結(jié)果，故6061鋁合金板料彎曲成形時(shí)應(yīng)著重考慮壓邊力和凹凸模間隙的合理取值，這樣容易獲得回彈量較小的制件，提高制件的成形質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)極差分析結(jié)果，繪制出各研究因素與回彈量的關(guān)系圖，以便從圖形上直接看出回彈量隨各研究因素水平變化的大體關(guān)系。其中，橫坐標(biāo)為各研究因素的水平值，縱坐標(biāo)為回彈量，各因素水平趨勢圖分別如圖4、圖5、圖6、圖7及圖8所示。

6061鋁合金板料彎曲成形時(shí)，其厚度會(huì)對板料的彎曲回彈量產(chǎn)生影響，圖4中曲線表示厚度水平變化對回彈量的影響。

圖 4 厚度水平趨勢圖

板料的厚度越大，其所承受的彎曲應(yīng)力也越大，其能量分布在板料的縱深方向上也越均勻[13]。當(dāng)該制件板料厚度增大時(shí)，其所承受的彎曲應(yīng)力也相應(yīng)增大，且位于靠近板料表面的塑性變形層的尺寸也會(huì)增加，使得板料所承受的彎曲應(yīng)變分布更加均勻，進(jìn)而減小回彈量。因此，在一定范圍內(nèi)板料厚度越大，其彎曲回彈量越小。但是，若板料厚度過大，則會(huì)產(chǎn)生更大的彎曲應(yīng)力，可能導(dǎo)致板料斷裂或過度變形。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)具體要求選擇合適厚度的板料彎曲成形。

壓邊力作為板料彎曲成形中的重要工藝參數(shù)之一，其大小能夠控制材料在板料內(nèi)部的流動(dòng)，并且能夠改善其內(nèi)部應(yīng)力的分布狀況[20]。圖5中曲線表示壓邊力水平變化對回彈量的影響。

圖 5 壓邊力水平趨勢圖

壓邊力越大，板料在彎曲處的應(yīng)變越均勻，從而減小回彈量。因此，在一定范圍內(nèi)壓邊力越大，回彈量越小?？傮w來說，如果合理地控制壓邊力大小，則能夠最大程度地減小回彈程度，從而保證制件成形質(zhì)量。

沖壓速度的快慢會(huì)影響板料的形變速率和形變歷程[21]，進(jìn)而影響回彈量，圖6中曲線表示沖壓速度水平變化對回彈量的影響。

圖 6 沖壓速度水平趨勢圖

從圖6中的曲線可以看出，雖然回彈量隨著沖壓速度增加而減小，由于沖壓速度對回彈量的影響較小，故回彈量的變化范圍也較小。因此，在一定范圍內(nèi)沖壓速度越大，回彈量越小。

在板料彎曲成形過程中，摩擦系數(shù)能夠影響板料的形變過程、能量分布和形變均勻性[10]，從而影響回彈量。圖7中曲線表示摩擦系數(shù)水平變化對回彈量的影響。

圖 7 摩擦系數(shù)水平趨勢圖

從實(shí)質(zhì)上分析，板料彎曲成形時(shí)兩側(cè)邊緣部分發(fā)生折彎變形，而中間部分則發(fā)生拉伸變形，當(dāng)摩擦系數(shù)較小，則凹凸模表面與板料表面間的摩擦力較小，板料形變時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)和相對錯(cuò)位的情況，從而增加板料的彎曲不一致性，進(jìn)而造成回彈量增加。板料發(fā)生塑性變形時(shí)，摩擦系數(shù)愈大，變形抗力愈大。隨著摩擦系數(shù)的增大，板料變形區(qū)的內(nèi)外層所承受的壓拉應(yīng)力狀態(tài)呈現(xiàn)出一致的趨勢，導(dǎo)致回彈量的減少。因此，在一定范圍內(nèi)摩擦系數(shù)越大，回彈量越小。在板料彎曲成形過程中，需要合理控制摩擦系數(shù)大小，通過涂抹潤滑劑以及調(diào)整模具表面的處理方式、材質(zhì)等方法，以減小回彈量，從而保證制件成形質(zhì)量。

凹凸模間隙水平變化對回彈量的影響，如圖8中曲線所示。

圖 8 凹凸模間隙水平趨勢圖

從圖8中的曲線可以看出，隨著凹凸模間隙的增加，回彈量大小呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，故應(yīng)該合理地選擇凹凸模間隙，既不能太大，也不能太小，要使得板料塑性能力充分發(fā)揮，盡量得到最佳的彎曲回彈量。若凹凸模間隙較大，則板料受力分布不均，增加板料變形難度，會(huì)導(dǎo)致彎曲回彈量增大。同時(shí)，凹凸模間隙較大，還會(huì)容易導(dǎo)致板料發(fā)生材料堆積，出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。反之，若凹凸模間隙較小，則在板料形變時(shí)難以應(yīng)對應(yīng)變的壓力，引起塑性發(fā)揮不夠，從而造成彎曲不均勻、變形不一致的問題，導(dǎo)致彎曲回彈量增加。

3 回彈優(yōu)化及補(bǔ)償

3.1 最優(yōu)組合的數(shù)值模擬

通過基于正交試驗(yàn)的回彈分析得到最優(yōu)參數(shù)組合33332，將其進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證，得到回彈模型，如圖9所示。

圖 9 回彈模型圖

3.2 回彈優(yōu)化

采用等效拉延筋方法，對最優(yōu)參數(shù)組合的回彈模型進(jìn)行優(yōu)化，觀察是否能夠得到回彈效果更好的模型。等效拉延筋布局，如圖10所示。采用等效拉延筋的回彈模型，如圖11所示。

圖 10 等效拉延筋布局圖

圖 11 采用等效拉延筋方法的回彈模型圖

3.3 回彈補(bǔ)償

雖然采用工藝參數(shù)控制法和等效拉延筋方法降低了零件的回彈程度，但是不能完全控制零件的回彈量[7]。因此，采用回彈補(bǔ)償策略對加入等效拉延筋的回彈模型進(jìn)一步控制回彈。補(bǔ)償后的回彈模型圖12所示。

圖 12 補(bǔ)償后的回彈模型

4 模擬研究的結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)文獻(xiàn)[2]中的結(jié)論表明，在一定范圍內(nèi)，農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板的彎曲回彈量與厚度、壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，與凸凹模間隙呈現(xiàn)先負(fù)后正相關(guān)關(guān)系，符合6061鋁合金板料的沖壓成形規(guī)律。

通過一些關(guān)于DYNAFORM模擬研究(Jstamp/NV)的驗(yàn)證結(jié)果表明[23,24]，適當(dāng)?shù)夭捎霉に噮?shù)控制法、等效拉延筋法、回彈補(bǔ)償策略能夠降低回彈程度，解決回彈問題，這也與實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律相符合。

由于本文研究的零件與參考文獻(xiàn)中的零件存在差異，因此參考文獻(xiàn)中的結(jié)果與本文的結(jié)論可能存在些許差異。例如，針對沖壓速度因素，本文只得出“隨著沖壓速度增加，回彈量減小”的結(jié)論，但未得到“回彈較大的區(qū)域面積增加”現(xiàn)象。這種差異可能是由于不同零件的幾何形狀、材料特性或模擬參數(shù)等因素引起的。目前的研究正在積極解決這些驗(yàn)證問題，也在進(jìn)行物理試驗(yàn)，以確保結(jié)果的可靠性和一致性。這一系統(tǒng)的努力有助于提升對回彈行為的全面理解，為未來的研究和應(yīng)用提供更為可靠的基礎(chǔ)。

5 結(jié) 論

（1）基于有限元仿真分析，構(gòu)建了農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板及其模具有限元模型。同時(shí)，采用正交試驗(yàn)研究了厚度、壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)和凹凸模間隙5個(gè)影響因素對制件彎曲回彈的影響。根據(jù)極差與方差分析，得出影響回彈量的因素主次順序?yàn)椋簤哼吜?凹凸模間隙>厚度>摩擦系數(shù)>沖壓速度，并且得到了最優(yōu)參數(shù)組合33332，即厚度為2.0 mm，壓邊力為300 kN，沖壓速度為5000 mm?s-1，摩擦系數(shù)為0.65及凹凸模間隙為1.65 mm；

（2）根據(jù)正交試驗(yàn)和各因素水平變化趨勢圖，分析得出：在一定范圍內(nèi)，農(nóng)用拖拉機(jī)擋泥板的彎曲回彈量與厚度、壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，與凸凹模間隙呈現(xiàn)先負(fù)后正相關(guān)關(guān)系；

（3）在最優(yōu)參數(shù)組合的回彈模型上，采用等效拉延筋方法對6061鋁合金板料彎曲成形進(jìn)一步優(yōu)化，以達(dá)到改變進(jìn)料阻力分布、調(diào)節(jié)材料流動(dòng)情況的目的，從而減小回彈量。同時(shí)，也驗(yàn)證了拉延筋模型能夠有效地降低回彈程度；

（4）在使用等效拉延筋的回彈模型基礎(chǔ)上，采用回彈補(bǔ)償策略對制件進(jìn)行回彈補(bǔ)償，其回彈量明顯減少；

（5）本項(xiàng)研究表明，采用工藝參數(shù)控制法、等效拉延筋法和回彈補(bǔ)償策略能夠有效地控制制件的回彈問題，縮短試模調(diào)試時(shí)間，降低模具成本。

致謝:感謝湖北省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃，編號：D20221606資助。

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Finite Element-based Analysis and Optimization of Agricultural Tractor Fender Bending

WANG Shuo, WU Yan*, MA Yan-man, ZENG Ru-tie, XIONG Jin-lin

430048,

With the help of Dynaform finite element software to establish the finite element model of agricultural tractor fender bending and forming, we analyzed the thickness, crimping force, stamping speed, friction coefficient and concave and convex mode gap, and studied the resilience of 6061 aluminum alloy agricultural tractor fender. On the basis of numerical simulation, through orthogonal optimization analysis, it is concluded that, within a certain range, the rebound quantity ofagricultural tractor fender is negatively correlated with the thickness, crimping force, stamping speed and friction coefficient, and negatively correlated with the concave-convex mold gap; the factors affecting the rebound quantity are in the order of crimping force, concave-convex mold gap, thickness, friction coefficient, stamping speed, the optimal parameter combination of the thickness of 2 mm, crimping force of 300 kN, concave-convex mold gap, friction coefficient, stamping speed. The optimal parameter combination is thickness of 2 mm, crimping force of 300 kN, stamping speed of 5000 mm?s-1, friction coefficient of 0.65 and die clearance of 1.65 mm. Meanwhile, based on the optimization of process parameters, the rebound of the part is controlled by the equivalent stretching bar and the rebound compensation strategy, the results shows that: the equivalent stretching bar plays a role in reducing the degree of rebound; the rebound compensation strategy can effectively reduce the amount of rebound. This study shows that the process parameter control method, the equivalent stretching bar method and the rebound compensation strategy can effectively control the degree of bending rebound of the agricultural tractor fender, and provide a solid theoretical basis and a reliable numerical basis for the actual production process of the fender plate.

Agricultural tractor fender; numerical simulation; orthogonal testing; rebound optimization and compensation

TG389

A

1000-2324(2023)05-0782-10

10.3969/j.issn.1000-2324.2023.05.019

2023-10-27

2023-11-11

混晶調(diào)控改善再結(jié)晶納米變形鎂合金熱穩(wěn)定性機(jī)制模型研究(D20221606)

王碩(2000-),男,碩士研究生,主要研究方向:金屬材料沖壓成形工藝.E-mail:ws17860245596@163.com

Author for correspondence. E-mail:wuy611@163.com