汽车前门外板冲压成形工艺优化设计及回弹补偿

摘要

近年来，我国的汽车工业不断发展，汽车产销量一直保持高速增长，同时也伴随着竞争的加剧。在新车型开发的过程中，车身覆盖件表面质量和尺寸精度要求高，冲压成形时很容易产生缺陷。将不断发展的 CAD/CAE 技术和先进的优化方法结合，能够有效提高车身覆盖件的综合成形质量、缩短覆盖件的开发周期，促使新车型更快地推向市场，提高汽车厂商的竞争力。 本文以某车型前门外板为研究对象，借助 CAD/CAE 技术，对覆盖件冲压成形的全工序有限元数值模拟、多目标优化设计、回弹补偿技术等关键问题进行了研究。 首先，根据零件的三维图和工艺设计原则，合理安排了冲压成形工艺。通过把 CATIA三维造型软件和 AutoForm 有限元数值模拟软件相结合，建立了拉延、修边冲孔、翻边各工序的有限元模型，对零件冲压成形进行了全工序的数值模拟。对于拉延工序，重点研究了不同拉延工艺补充面和压料面的设计对拉延减薄率的影响，得到了合理的拉延面和较好的拉延成形性。对于修边冲孔工序，重点解决了冲孔角度的问题。对于翻边工序，重点对翻边面和翻边角度进行了设计。数值模拟结果表明，零件拉延和翻边成形性较好，但是修边后回弹较大。 然后，为了进一步降低拉延最大减薄率，同时使修边后回弹量尽可能小，选取拉延R角半径、拉延筋阻力、摩擦系数、压边力、冲压速度为工艺参数变量，以拉延最大减薄率和修边后最大回弹量为优化目标，设计5因素4水平正交试验。对试验结果进行极差和方差处理，分析各因素对拉延最大减薄率和修边后最大回弹量的影响规律，分别得到单目标优方案的工艺参数组合。采用灰色关联分析法，计算各工艺参数对目标函数的关联系数和关联度，得到多目标优化的最优工艺参数组合。使用优化后的拉延工艺参数再次进行模拟，模拟结果显示在保证拉延最大减薄率满足要求的同时，也减小了修边后的最大回弹量。 最后，在多目标优化后工艺参数的基础上，为了进一步将零件回弹控制在公差范围之内，通过AutoForm软件先对拉延工序模面进行回弹补偿，使修边后零件回弹量控制在 0.5mm以内。以补偿后的拉延面为基础，再对翻边工序压料板模面进行回弹补偿，使翻边后零件最终的回弹量也控制在 0.5mm 以内。将回弹补偿后的模面用于模具加工和调试，并进行生产验证，零件表面质量和尺寸精度满足要求。

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