CN108856418A - 一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法，属于铝板冲压技术领域。本发明包括如下步骤：S1：在SolidWorks软件中建立铝板三维几何模型；S2：将铝板模型导入DEFORM‑3D软件中进行网格划分；S3：对仿真模拟数值采用动态显示算法进行有限元分析；S4：确定模具材料参数、模具尺寸参数，制作变形工序冲模；S5：采用均匀设计试验法，建立数学模型，将铝板放在变形工序冲模上进行试冲。本发明提出了一套适用于铝板冲压数值模拟的方法，采用动态显示算法进行有限元分析，提高了铝板冲压成型稳健性，同时考虑了材料参数的变动对铝板冲压质量的影响，对模具的调试具有指导意义，缩短了汽车零件铝板的生产周期。

Description

一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法
技术领域
本发明涉及铝板冲压技术领域，具体为一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法。
背景技术
目前，汽车工业正面临越来越严峻的安全、能源和环保问题。研究表明，约75％的油耗与整车质量有关，降低汽车质量就可有效降低油耗以及排放。大量研究表明，汽车质量每下降10％，油耗下降8％，排放下降4％。因此，油耗的下降，意味着CO2、氮氧化物（NOx）等有害气体排放量的下降。汽车车身、底盘（含悬挂系统）、发动机三大件约占轿车总重量的65％以上，其中车身外、内覆盖件的重量又居首位，因此减少汽车车身重量对降低发动机的功耗和减少汽车总重量具有双重的效应，是汽车轻量化的重要途径，实现轻质车身，最主要就是大量应用使车身轻量化的材料，同时进行车身轻量化的结构优化设计和制造。在材料方面，传统钢材向高强化轻量化方向发展，而铝质材料代替钢制材料，可达到减重效果，并可回收和循环利用，被越来越多的应用到汽车车身制造。
铝合金存在一些不足，主要表现在：①成形性仍需继续改善。铝合金板料冲压成形时材料流动性能不好，更容易出现开裂、起皱等缺陷，特别是形状比较复杂的零件。②材料性能变动大。室温下，固溶淬火后的合金，在脱溶过程中，其力学性能、化学性能等随着时间发生变化，这种现象称为自然时效。铝合金由于存在时效硬化现象，其材料参数会随着存放时间而发生变动。
铝合金板在铝厂的最后一道工序是固溶处理，此后不可避免的要经过一定时间的室温停留（如运输、库存等）并产生自然时效之后，才能进入生产车间进行冲压成形，其材料参数会随着存放时间而发生变动，导致冲压成形不稳定，合格率低。目前，针对铝板冲压工艺的稳健性问题，还没有一套成熟的冲压工艺优化方法来削弱时效硬化造成的铝板材料参数变动对其成形性能的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法，包括下述步骤：
S1：在SolidWorks软件中建立铝板三维几何模型，利用零件的展开图用线切割成形，按图样规定的材料牌号、厚度来计算所需铝板的形状和尺寸，做出铝板模型并保存；
S2：将铝板模型导入DEFORM-3D软件中进行网格划分，定义局部网格的大小，采用稀疏矩阵求解器进行收敛，输入铝板材料参数，采用罚函数面面接触模型建立铝板与模具的接触，进行冲压仿真模拟；
S3：对仿真模拟数值采用动态显示算法进行有限元分析，导入数值，得到主要应力云图和变形图，模拟出铝板的厚度分布图，选择模拟结果处于安全区所对应的冲压工艺参数数值，作为基础冲压工艺参数的数值；
S4：确定模具材料参数、模具尺寸参数，制作变形工序冲模；
S5：采用均匀设计试验法，建立数学模型，将铝板放在变形工序冲模上进行试冲；
S6：测量试冲出来的冲压件尺寸；
S7：根据冲压件的实际尺寸与图样要求尺寸之间的偏差，修改铝板的形状和尺寸，做出修正的铝板；
S8：重复上述S5、S6、S7步骤，直至冲件完全符合图样要求。
优选的，步骤三中，所述基础冲压工艺参数包括冲压速度、冲头行程和冲压吨位，冲压吨位按下式计算：
P=KLTσb
式中：P-冲压吨位；
K-与变形程度相关系数，取0.7～1.0；
L-变形区周边长度；
T-铝板厚度；
σb-铝板的强度。
优选的，步骤四中，所述模具材料参数包括弹性模量、密度、摩擦系数、泊松比和流动应力。
优选的，步骤四中，所述模具尺寸参数包括冲头大直径、冲头小直径、冲头高度、凹模内径和冲裁间隙。
优选的，步骤五中，所述数学模型包括如下步骤：
S1：确定试验指标，包括凸模圆角半径、凹模圆角半径、压力边和摩擦系数；
S2：确定试验因素及因素水平，试验因素包括铝板屈服强度、硬化指数、0°厚向异性系数、45°厚向异性系数和90°厚向异性系数；
S3：选择均匀设计表, 排布因素水平；
S4：明确试验方案, 进行试验操作；
S5：采用回归分析方法对试验结果进行分析；
S6：缩小试验范围进行更精确的试验, 直至达到试验目的为止。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提出了一套适用于铝板冲压数值模拟的方法，采用动态显示算法进行有限元分析，提高了铝板冲压成型稳健性，同时考虑了材料参数的变动对铝板冲压质量的影响，对模具的调试具有指导意义，缩短了汽车零件铝板的生产周期；
2.本发明采用均匀设计试验法，建立数学模型，使得冲模试验次数大大减少，同时自动将各试验因素分类，改善铝板冲压成形过程中的起皱和拉裂，更好地指导铝板冲压在汽车实际加工生产中的应用。
附图说明
图1为本发明稳健性优化方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法，包括下述步骤：
S1：在SolidWorks软件中建立铝板三维几何模型，利用零件的展开图用线切割成形，按图样规定的材料牌号、厚度来计算所需铝板的形状和尺寸，做出铝板模型并保存；
S2：将铝板模型导入DEFORM-3D软件中进行网格划分，定义局部网格的大小，采用稀疏矩阵求解器进行收敛，输入铝板材料参数，采用罚函数面面接触模型建立铝板与模具的接触，进行冲压仿真模拟；
S3：对仿真模拟数值采用动态显示算法进行有限元分析，导入数值，得到主要应力云图和变形图，模拟出铝板的厚度分布图，选择模拟结果处于安全区所对应的冲压工艺参数数值，作为基础冲压工艺参数的数值；
S4：确定模具材料参数、模具尺寸参数，制作变形工序冲模；
S5：采用均匀设计试验法，建立数学模型，将铝板放在变形工序冲模上进行试冲；
S6：测量试冲出来的冲压件尺寸；
S7：根据冲压件的实际尺寸与图样要求尺寸之间的偏差，修改铝板的形状和尺寸，做出修正的铝板；
S8：重复上述S5、S6、S7步骤，直至冲件完全符合图样要求。
进一步的，步骤三中，所述基础冲压工艺参数包括冲压速度、冲头行程和冲压吨位，冲压吨位按下式计算：
P=KLTσb
式中：P-冲压吨位；
K-与变形程度相关系数，取0.7～1.0；
L-变形区周边长度；
T-铝板厚度；
σb-铝板的强度。
进一步的，步骤四中，所述模具材料参数包括弹性模量、密度、摩擦系数、泊松比和流动应力。
进一步的，步骤四中，所述模具尺寸参数包括冲头大直径、冲头小直径、冲头高度、凹模内径和冲裁间隙。
进一步的，步骤五中，所述数学模型包括如下步骤：
S1：确定试验指标，包括凸模圆角半径、凹模圆角半径、压力边和摩擦系数；
S2：确定试验因素及因素水平，试验因素包括铝板屈服强度、硬化指数、0°厚向异性系数、45°厚向异性系数和90°厚向异性系数；
S3：选择均匀设计表, 排布因素水平；
S4：明确试验方案, 进行试验操作；
S5：采用回归分析方法对试验结果进行分析；
S6：缩小试验范围进行更精确的试验, 直至达到试验目的为止。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1：在SolidWorks软件中建立铝板三维几何模型，利用零件的展开图用线切割成形，按图样规定的材料牌号、厚度来计算所需铝板的形状和尺寸，做出铝板模型并保存；
S2：将铝板模型导入DEFORM-3D软件中进行网格划分，定义局部网格的大小，采用稀疏矩阵求解器进行收敛，输入铝板材料参数，采用罚函数面面接触模型建立铝板与模具的接触，进行冲压仿真模拟；
S3：对仿真模拟数值采用动态显示算法进行有限元分析，导入数值，得到主要应力云图和变形图，模拟出铝板的厚度分布图，选择模拟结果处于安全区所对应的冲压工艺参数数值，作为基础冲压工艺参数的数值；
S4：确定模具材料参数、模具尺寸参数，制作变形工序冲模；
S5：采用均匀设计试验法，建立数学模型，将铝板放在变形工序冲模上进行试冲；
S6：测量试冲出来的冲压件尺寸；
S7：根据冲压件的实际尺寸与图样要求尺寸之间的偏差，修改铝板的形状和尺寸，做出修正的铝板；
S8：重复上述S5、S6、S7步骤，直至冲件完全符合图样要求。
2.根据权利要求1所述的一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法，其特征在于：步骤三中，所述基础冲压工艺参数包括冲压速度、冲头行程和冲压吨位，冲压吨位按下式计算：
P＝KLTσb
式中：P-冲压吨位；
K-与变形程度相关系数，取0.7～1.0；
L-变形区周边长度；
T-铝板厚度；
σb-铝板的强度。
3.根据权利要求1所述的一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法，其特征在于：步骤四中，所述模具材料参数包括弹性模量、密度、摩擦系数、泊松比和流动应力。
4.根据权利要求1所述的一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法，其特征在于：步骤四中，所述模具尺寸参数包括冲头大直径、冲头小直径、冲头高度、凹模内径和冲裁间隙。
5.根据权利要求1所述的一种汽车零件铝板冲压工艺的稳健性优化方法，其特征在于：步骤五中，所述数学模型包括如下步骤：
S1：确定试验指标，包括凸模圆角半径、凹模圆角半径、压力边和摩擦系数；
S2：确定试验因素及因素水平，试验因素包括铝板屈服强度、硬化指数、0°厚向异性系数、45°厚向异性系数和90°厚向异性系数；
S3：选择均匀设计表,排布因素水平；
S4：明确试验方案,进行试验操作；
S5：采用回归分析方法对试验结果进行分析；
S6：缩小试验范围进行更精确的试验,直至达到试验目的为止。
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