CN107025354A - 一种基于极差分析的车窗升降板成形工艺优化方法 - Google Patents

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王莉媛
梅益
杨幸雨
朱春兰
孙全龙
刘闯
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Abstract

本发明公开了一种基于极差分析的车窗升降板成形工艺优化方法，包括确定优化目标与优化变量、建立有限元模型、正交试验与极差分析方法的步骤获得最佳配合的回弹四因素的工艺参数组合；本发明通过正交试验设计及极差分析法，能够获得影响车窗升降板回弹因素的主次顺序：A2＞B2＞D2＞C3，获得优化变量板料厚度A、冲压速度B、摩擦因数C和模具间隙D的最佳配合，优化后的成形后的工艺参数：板料厚度A＝1mm，B＝5000mm/s，C＝0.125，D＝1.15，有效分析零件成形工艺参数的主次顺序，并良好优化成形工艺参数，降低零件缺陷，为实际生产提供理论依据，降低对设计师的依懒性，整个工艺设计流程周期短、效率高、时间和材料成本降低。

Description

一种基于极差分析的车窗升降板成形工艺优化方法
技术领域
本发明属于板料复杂弯曲成形工艺领域，尤其涉及一种基于极差分析的车窗升降板成形工艺优化方法。
背景技术
随着汽车在生活、生产领域的迅速普及与更新，车窗升降板作为调节汽车窗口的重要活动零件，其装配性能和使用性能的好坏直接决定了车窗活动的平稳性和顺滑度，同时也在很大程度上影响人们的体验感受。由于车窗升降板的结构相对于其他大型覆盖件和结构件而言，具有形状复杂、曲率变化大、零件装配尺寸要求高的特点，导致在实际生产过程中为了获得质量上佳的零件，需要尽可能地减小零件回弹，避免造成零件尺寸精度的下降。
现阶段，为了减少零件成形后的回弹量，提高产品质量，常规的解决方法是在设计经验和相关手册的指导下完成初始成形工艺方案的设计后，进行模具制造和试生产，将试生产获得的零件进行装配和检测，判断零件的装配性能和质量，整个过程中间无法预测可能存在的缺陷和不足，对设计师经验的依赖性较大。一但出现回弹量过大、装配精度低或零件减薄率较高等问题时，必须重新设计、改进原始工艺参数，并对应修改成形模具的尺寸参数，再重复进行试生产、装配和检测。整个工艺设计流程周期长、效率低、时间和材料成本高，很难满足当前社会对快速、高效制造的追求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于极差分析的车窗升降板成形工艺优化方法，能够预测复杂弯曲件存在的缺陷和不足，降低对设计师的依懒性，整个工艺设计流程周期短、效率高、时间和材料成本降低，实现快速、高效制造，以解决上述现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种基于极差分析的车窗升降板成形工艺优化方法，该方法包括以下步骤：
(1)确定优化目标与优化变量：将零件成形前后的最大位移量作为优化目标，最大位移量小于0.7mm；优化变量为板料厚度A、冲压速度B、摩擦因数C和模具间隙D；
(2)建立有限元模型：根据车窗升降板复杂弯曲件的零件图纸在UG NX系统下创建零件的三维模型，并利用布尔求差获得上模和下模的三维模型，导出.igs格式保存，将.igs文件导入dynaform软件进行板料成形设置；
(3)回弹因素包括板料厚度A、冲压速度B、摩擦因数C和模具间隙D，设计四因素三水平的正交试验，并采用极差分析法获得四因素的最佳配合。
优选的，上述步骤(2)中板料成形设置选择无压边成形，定义板料、下模和上模，基于下模创建有限元模型，材料为低碳冷轧热浸镀锌钢板，牌号为SGCC，对应Dynaform软件材料库Japan标准下medium SGC340(36)材料，设置板料属性时需要特别定义为16号四点积分单元。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明效果如下：
(1)本发明通过正交试验设计方法可以辅助进行多种成形工艺参数设计与组合，结合数值模拟技术将设计的试验数据在CAE分析平台下进行模拟仿真，预测在对应的成形工艺参数下，车窗升降板可能存在的质量问题，如是否发生破裂、起皱，回弹量大小和零件板料减薄率等多重评价指标，为设计人员进行参数的设计与修改提供一定指导，正交试验方法主要用来预测零件的回弹缺陷，对正交试验设计下的零件成形工艺参数和回弹量进行极差分析，通过各个参数的分析结果，可以判断不同成形工艺参数对回弹量影响的主次程度，并推荐出一组最佳的成形工艺参数，使得零件回弹量最小，产品质量最好，并进一步缩短产品的开发周期，降低生产成本；
(2)本发明通过正交试验和极差分析方法以及有限元模拟，能够实现整个工艺设计流程周期变短、设计效率更高、时间和材料成本降低，实现快速、高效制造；
(3)通过正交试验设计及极差分析法，能够获得影响车窗升降板回弹因素的主次顺序：A2＞B2＞D2＞C3，获得优化变量板料厚度A、冲压速度B、摩擦因数C和模具间隙D的最佳配合，优化后的成形后的工艺参数：板料厚度A＝1mm，B＝5000mm/s，C＝0.125，D＝1.15；
(4)在Dynaform平台下对上述工艺参数进行数值模拟，预测零件回弹，结果显示零件产生的最大位移量为0.61mm，小于最大位移量0.7mm，满足零件的使用和装配要求；
(5)通过正交试验与极差分析方法相结合可以有效分析零件成形工艺参数的主次顺序，并良好优化成形工艺参数，降低零件缺陷，为实际生产提供理论依据。
附图说明
图1为车窗升降板复杂弯曲件三维模型；
图2为有限元模型；
图3为成形工艺参数下的车窗升降板回弹预测。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例：如图1所示，一种基于极差分析的车窗升降板成形工艺优化方法，该方法包括以下步骤：
(1)确定优化目标与优化变量：由于研究对象为复杂异形弯曲冲压件，为确保后期整体的装配精度，将零件成形前后的最大位移量作为优化目标，最大位移量小于0.7mm即可满足装配使用条件，未选择零件不同截面弯曲角变化量(△θ)作为优化目标是因为该零件在装配过程主要考虑整体尺寸，细节尺寸对装配精度的影响程度不大；优化变量为板料厚度A、冲压速度B、摩擦因数C和模具间隙D；
表1成形工艺参数表
优化变量 板料厚度/mm 冲压速度/(m·s-1) 摩擦因数 模具间隙
代号 A B C D
注：需要特别明确模具间隙D并不是实际间隙的宽度，而是相对板料厚度的倍率。
(2)建立有限元模型：根据车窗升降板复杂弯曲件的零件图纸在UG NX系统下创建零件的三维模型，如图1所示，并利用布尔求差获得上模和下模的三维模型，导出.igs格式保存，将.igs文件导入dynaform软件进行板料成形设置；
板料成形设置选择无压边成形，能够降低模具的制造难度、简化模具结构，定义板料、下模和上模，基于下模创建有限元模型，如图2所示，由于车窗升降板为非受力件，对材料性能要求较低，材料为低碳冷轧热浸镀锌钢板，牌号为SGCC，对应Dynaform软件材料库Japan标准下medium SGC340(36)材料，由于数值模拟的目的在于预测零件的回弹缺陷，设置板料属性时需要特别定义为16号四点积分单元；
(3)回弹因素包括板料厚度A、冲压速度B、摩擦因数C和模具间隙D，设计四因素三水平的正交试验，正交表表头为L9(34)，因素水平表如表2所示，无空列，由表2设计试验方案，
表2因素水平表
并通过数值模拟获取回弹试验结果，如表3所示，
表3车窗升降板回弹试验方案与试验结果
在正交试验的结果分析方法中，极差分析法亦被称作直观分析法。由于其计算简便、直观形象、简单易懂的特点，常被用作正交试验结果分析，简称为R法。
表4是车窗升降板回弹实验结果的极差分析表，Ti表示水平号为i时所对应的试验指标和，i＝1、2、3。T是所有指标值之和。ti是试验指标的平均值，ti＝Ti/r，
其中r为任一列上个水平出现的次数。本实验中，r＝3。R为极差；
表4车窗升降板回弹实验结果的极差运算分析表
通过极差分析可判断出影响车窗升降板回弹的影响因素主次顺序为A＞B＞D＞C，优化后的工艺参数组合为A2B2D3C2。
表5优化后的成形工艺参数
工艺方案 A B C D 试验指标
参数 1.0 5000 0.125 1.15 0.61
结果分析
(1)通过正交试验设计及极差分析法(方案1)获得影响车窗升降板回弹因素的主次顺序：A2＞B2＞D2＞C3；
(2)优化后的成形后的工艺参数：板料厚度A＝1mm，B＝5000mm/s，C＝0.125，D＝1.15；
(3)在Dynaform平台下对上述工艺参数进行数值模拟，预测零件回弹。结果显示零件产生的最大位移量为0.61mm，小于最大位移量0.7mm，满足零件的使用和装配要求；
(4)验证了DOE试验与极差分析方法相结合可以有效分析零件成形工艺参数的主次顺序，并良好优化成形工艺参数，降低零件缺陷，为实际生产提供理论依据。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于极差分析的车窗升降板成形工艺优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)确定优化目标与优化变量：将零件成形前后的最大位移量作为优化目标，最大位移量小于0.7mm；优化变量为板料厚度A、冲压速度B、摩擦因数C和模具间隙D；
(2)建立有限元模型：根据车窗升降板复杂弯曲件的零件图纸在UG NX系统下创建零件的三维模型，并利用布尔求差获得上模和下模的三维模型，导出.igs格式保存，将.igs文件导入dynaform软件进行板料成形设置；
(3)回弹因素包括板料厚度A、冲压速度B、摩擦因数C和模具间隙D，设计四因素三水平的正交试验，并采用极差分析法获得四因素的最佳配合。
2.根据权利要求1所述的一种基于极差分析的车窗升降板成形工艺优化方法，其特征在于：步骤(2)中板料成形设置选择无压边成形，定义板料、下模和上模，基于下模创建有限元模型，材料为低碳冷轧热浸镀锌钢板，牌号为SGCC，对应Dynaform软件材料库Japan标准下medium SGC340(36)材料，设置板料属性时需要特别定义为16号四点积分单元。
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