沖壓工藝參數(shù)優(yōu)化對汽車板件成形精度的影響

中圖分類號：U466 收稿日期：2025-03-10 DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.06.024

Abstract：Thispaperexploresindepth theroleofstampingprocessparametersintheformingaccuracyofautomotiveshetmetal. Firstly，thestampingprocspametersaealyd，ndtespcificprocessfutomotivesettalfingaredesbden Adoptingadvancedparameteroptimiationteorproprateptimzatiomethodsreselectedbsedonuantitativeaalysisinally，bydesiggifalloablpalatntdtersde mentalresultsverifidtheefectivenessoftheparameteroptimizationstrategyandachievedsignificantresultsiimprovingforingac curacy.

Key words：Stamping processparameters;Automotive panel forming;Parameter optimization;Forming accuracy

1前言

汽車板件成形質量關乎整車性能與品質。隨著汽車工業(yè)發(fā)展，成形精度已成為生產(chǎn)關鍵。工藝參數(shù)調控對材料流動、變形及成形精度至關重要[1]。本文研究沖壓工藝參數(shù)的優(yōu)化，特別是關鍵參數(shù)的量化，并采用先進優(yōu)化理論，結合實驗分析，探討其對成形精度的影響。同時詳述模具間隙、壓邊力等參數(shù)，設計了實驗方案，對比了不同參數(shù)下成形效果，建立起參數(shù)與成形精度的定量關系。

2沖壓工藝參數(shù)概述

2.1沖壓工藝參數(shù)分析

表1列出了沖壓工藝相關參數(shù)。在分析沖壓工藝參數(shù)對汽車板件成形精度的影響時，需要研究關鍵工藝參數(shù)的量化表征。參考如下公式：

F=k×s×l×t

式中， k 為材料的應力強度系數(shù)； s 為板材接觸面積；為與成形質量直接相關的切線長度； Ψ_tΨ_t 為板件的厚度[2]。采用DOE方法調控參數(shù)，結合RSM構建數(shù)學模型，通過迭代優(yōu)化確定最優(yōu)參數(shù)組合，能顯著提升汽車板件成形精度。

2.2汽車板件成形工藝

a.材料選擇：綜合考慮強度、韌性、可成形性及成本，選擇適合的金屬材料，如低碳鋼、高強度鋼或鋁合金。

b.工藝設計：設計成形方案，確定沖壓方向，設置工藝補充面及壓料面，確保成形精度與表面質量。c.設備配置：根據(jù)板件尺寸與成形要求，選用合適的沖壓設備（如機械壓力機），確保設備剛度和精度。d.模具設計：設計模具結構，考慮材料特性與熱處理方式，確保模具壽命與成形質量。e.參數(shù)優(yōu)化：利用遺傳算法等方法，對沖壓速度、模具間隙等關鍵參數(shù)進行優(yōu)化，提升成形精度。

f.成形過程監(jiān)控：實時監(jiān)控模具間隙、壓邊力等參數(shù)，通過傳感器與控制系統(tǒng)進行調整。

g.質量檢驗：依據(jù)設計要求和標準，檢驗板件尺寸精度、表面質量及材料性能，確保符合規(guī)范[3]。

3參數(shù)優(yōu)化理論與方法

3.1參數(shù)優(yōu)化理論

在沖壓工藝中，參數(shù)優(yōu)化理論是提升汽車板件成形精度的關鍵。工藝參數(shù)主要包括沖壓速度、模具間隙、材料特性和溫度條件等。這些參數(shù)對成形過程中的應力分布、變形路徑和最終產(chǎn)品的幾何精度具有顯著影響。研究表明參數(shù)優(yōu)化理論在沖壓工藝中通過綜合考慮材料特性、工藝條件及其相互作用，能夠顯著提升汽車板件的成形精度和生產(chǎn)效率。

3.2優(yōu)化方法應用

沖壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化流程包括定義參數(shù)、建立模型、選擇算法、優(yōu)化參數(shù)、模擬驗證等步驟。優(yōu)化中采用“參數(shù)優(yōu)化算法”代碼單元，運用遺傳算法等技術，考慮邊界限制，輸出最優(yōu)參數(shù)及目標函數(shù)值，并記錄于優(yōu)化前后參數(shù)對比表，以評估優(yōu)化效果[4]，如圖1所示。

沖壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化流程通常包括以下幾個關鍵步驟：

a.定義沖壓成形工藝參數(shù)：確定影響沖壓成形過程的關鍵工藝參數(shù)，如模具間隙、壓邊力、沖壓速度、材料特性等。b.建立工藝參數(shù)模型：根據(jù)沖壓成形理論和實驗數(shù)據(jù)，建立工藝參數(shù)與成形質量之間的數(shù)學模型，如物理模型、經(jīng)驗公式或有限元分析模型等。c.選擇優(yōu)化算法：選擇合適的優(yōu)化算法，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化、模擬退火等，用于搜索最優(yōu)的工藝參數(shù)組合。d.評估是否滿足節(jié)能要求：在優(yōu)化過程中，考慮節(jié)能要求，評估當前工藝參數(shù)組合是否能夠在保證成形質量的同時，降低能耗。

e.優(yōu)化沖壓成形工藝參數(shù)：使用選定的優(yōu)化算法，對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，以找到能夠同時滿足成形質量和節(jié)能要求的最優(yōu)參數(shù)組合。

f.確立最優(yōu)參數(shù)：根據(jù)優(yōu)化結果，確立最優(yōu)的工藝參數(shù)組合[5]。g.模擬沖壓過程：使用有限元分析或其他數(shù)值模擬方法，對優(yōu)化后的沖壓過程進行模擬，以驗證優(yōu)化結果的可行性和有效性。h.評估結果和完善：對模擬結果進行評估，檢查是否滿足成形質量和節(jié)能要求。如果不滿足，返回優(yōu)化步驟，調整優(yōu)化算法或模型，進行進一步的優(yōu)化。

參數(shù)優(yōu)化前后的對比如表2所示。

4成形精度影響實驗

4.1實驗方案設計

a.實驗材料：選用符合汽車板件成形要求的材料，如低碳鋼、高強度鋼等。b.實驗設備：使用先進的沖壓設備及配套模具，確保實驗條件的一致性[6]。c.實驗設計。① 參數(shù)選擇：根據(jù)前期研究，選取模具間隙、壓邊力、沖壓速度、材料彈性模量、屈服強度等關鍵工藝參數(shù)作為實驗變量。② 水平設定：為每個參數(shù)設定合理的水平范圍，以全面探究其對成形精度的影響。③ 實驗安排：采用全因子設計或部分因子設計，確保實驗結果的可靠性和準確性[7]。

d.實驗步驟：

① 按照設定的參數(shù)水平進行沖壓實驗，記錄每次實驗的成形精度數(shù)據(jù)。② 利用數(shù)據(jù)分析軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理和分析，探究各參數(shù)對成形精度的影響規(guī)律。③ 結合響應面方法（RSM）構建數(shù)學模型，通過迭代優(yōu)化確定最優(yōu)參數(shù)組合。

4.2實驗結果與分析

通過對表3中實驗組工藝參數(shù)及成形精度的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)模具間隙和壓邊力是影響汽車板件成形精度的關鍵參數(shù)。隨著模具間隙的增大（EXP-01至EXP-04），成形精度先降低后趨于平穩(wěn)（從 75μm 降至65μm ，然后略有回升）。這表明適當增大模具間隙可以減少材料在成形過程中的回彈效應，從而提高成形精度。然而，當模具間隙過大時（如EXP-04的 0.28mm ，可能會導致材料流動不均勻，反而降低成形精度。最小值出現(xiàn)在EXP-04（模具間隙 0.28mm ），但考慮到整體趨勢和穩(wěn)定性，較優(yōu)的模具間隙范圍可能在 0.18～0.22mm 之間（如EXP-06至EXP-07），此時成形精度相對較高且穩(wěn)定[8]。

壓邊力也是影響成形精度的重要因素。在實驗中，隨著壓邊力的變化（如EXP-02的 780kN 至EXP-03的820kN， ，成形精度呈現(xiàn)波動。當壓邊力適當時（如EXP-02的 780kN ，成形精度較高（ 80μm 。然而，過大的壓邊力（如EXP-03的 ）可能導致材料過度流動，產(chǎn)生皺褶或裂紋，從而降低成形精度（ 70μm [9]最優(yōu)的壓邊力設置需要根據(jù)具體材料和成形條件進行精確調控，但一般而言，保持適當?shù)膲哼吜梢杂行岣叱尚尉取?/p>

材料彈性模量、屈服強度、板料厚度、摩擦因數(shù)和成形速度等參數(shù)雖然對成形精度也有一定影響，但其影響程度相對較小，且往往與模具間隙和壓邊力等關鍵參數(shù)相互作用[10]。

5結語

本文通過精準調控沖壓速度、模具間隙、材料厚度及潤滑條件等關鍵參數(shù)，旨在提升成形質量和精度。本文優(yōu)化過程嚴謹，采用有限元分析與實驗結合的方式，得出最佳參數(shù)組合：沖壓速度 300mm/s， 模具間隙 1.2t， 潤滑劑選用D系列，配合 1.5mm 高強度鋼板及 1500kN 壓力控制，使成品合格率達 97.5% ，厚度公差降至 ± 0.1mm ，生產(chǎn)效率提升 15% ，成本降低 10% 。此外，模具設計角度調節(jié)至 10^° ，進一步降低應力集中，提升材料流動均勻性。這些優(yōu)化措施不僅提高了成形精度和一致性，還為汽車制造領域提供了可持續(xù)的工藝改進方向和實用案例，助力提升車輛產(chǎn)品的整體質量和市場競爭力。

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作者簡介：沈冰，女，1988年生，工程師，研究方向為機電一體化、職業(yè)教育。