汽車前輪罩板成形參數(shù)的均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

周 敏，何 進(jìn)

（1.重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331；2.中國嘉陵集團(tuán)工程研究院，重慶400013）

汽車前輪罩板成形參數(shù)的均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

周 敏1，何 進(jìn)2

（1.重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331；2.中國嘉陵集團(tuán)工程研究院，重慶400013）

分析汽車前輪罩板的成形工藝，對其成形參數(shù)作了多因素綜合分析，利用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對前輪罩板的成形參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能在保證分析精度一定的前提下，明顯節(jié)省工藝制定的時(shí)間，提高工藝設(shè)計(jì)的工作效率。

汽車前輪罩板；均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)；工藝分析

1 引 言

汽車覆蓋件的質(zhì)量對整車的性能及外形美觀至關(guān)重要，而其模具的設(shè)計(jì)水平則決定著覆蓋件最終的質(zhì)量。采用經(jīng)驗(yàn)法制造出來的模具往往需要試制和修改，無形中增加了成本。

隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真技術(shù)和有限元塑性成形理論的不斷發(fā)展和完善，模擬仿真能達(dá)到比較高的精度，已成為金屬塑性成形最有效的研究方法。通過有限元方法對板料成形過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，可以全面了解板料在變形過程中的應(yīng)力應(yīng)變分布，預(yù)測成型缺陷的出現(xiàn)，并可方便地對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直到得到滿意的成形制件，最后依據(jù)計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果實(shí)施設(shè)計(jì)制造，能夠有效降低企業(yè)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本，大大增加新產(chǎn)品的研發(fā)能力和企業(yè)的市場競爭能力。

2 前輪罩板的工藝性分析

本文研究對象為某汽車前輪罩板，它屬于內(nèi)結(jié)構(gòu)覆蓋件。其實(shí)體模型如圖1所示。

汽車覆蓋件同一般沖壓件相比，它具有材料薄、形狀復(fù)雜(多為空間曲面)、結(jié)構(gòu)尺寸大和成形質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。覆蓋件沖壓的基本工序有落料、拉深、修邊、翻邊和沖孔。

由于該零件是內(nèi)結(jié)構(gòu)件，外觀要求不高，只需平整。單個(gè)輪罩板外形尺寸為775mm×329mm×243mm。其外形尺寸較大，拉深深度較深，為成形帶來了一定的困難。

根據(jù)零件的圖紙技術(shù)要求，該零件須采用公稱厚度δ=1.0mm的JSC-270F鋼板作為原材料。沖壓件的質(zhì)量和加工過程的難易程度在很大程度上取決于原材料沖壓成形性，即材料在沖壓時(shí)的可成形能力。

左右前輪罩板形狀類似，左輪罩板比右輪罩板多一個(gè)凹包，它們的板厚值較小，形狀復(fù)雜，變形程度較大。如采用單件沖壓成形，會出現(xiàn)較大的側(cè)向力，使成形困難。為保證制件質(zhì)量及尺寸精度，采取左、右兩件對稱布置，同時(shí)成形，然后剖切，這樣既節(jié)約了生產(chǎn)成本又有利于成形過程中材料的流動(dòng)。

通過dynaform軟件進(jìn)行模擬拉深成形后，研究一些相關(guān)參數(shù)，來找出拉深成形工藝中的最優(yōu)參數(shù)值，使得輪罩內(nèi)板件模具能更好的成形，減少模具返修的次數(shù)，縮短生產(chǎn)周期。

但由于工藝型面修改的復(fù)雜性，每次工藝型面的調(diào)整都需要大量的時(shí)間，因此在以往對拉延模工藝條件優(yōu)化的研究中，工作的重點(diǎn)一般是壓邊力、摩擦系數(shù)、沖壓速度、凸凹模間隙等容易調(diào)整的因素，然而在實(shí)際的工程應(yīng)用中，單獨(dú)調(diào)整以上工藝條件往往達(dá)不到預(yù)期的效果。

鑒于以上的局限性，本文將利用參數(shù)化型面修改的方便性，采用均勻設(shè)計(jì)方法針對前輪罩板型面參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 均勻設(shè)計(jì)方法

“均勻設(shè)計(jì)方法”是在正交設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造出的一種新的適用于多因素、多水平試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法。正交試驗(yàn)有“均勻分散，整齊可比”的特點(diǎn)?！熬鶆蚍稚ⅰ笔乖囼?yàn)點(diǎn)均衡地分布在試驗(yàn)范圍內(nèi)，讓每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)有充分的代表性?！罢R可比”性使試驗(yàn)分析十分方便，可以估計(jì)各因素對指標(biāo)的影響。但是，為了照顧到“整齊可比”性，對任意兩個(gè)因素它必須是全面試驗(yàn)，每個(gè)因素的各水平必須有重復(fù)，這樣做的結(jié)果是，試驗(yàn)點(diǎn)在其試驗(yàn)范圍內(nèi)并不能做到充分“均勻分散”，為了達(dá)到“整齊可比”性，試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)目就必須比較多，對于q個(gè)水平至少要做次試驗(yàn)。若舍棄“整齊可比”性，讓試驗(yàn)點(diǎn)充分地“均勻分散”，這樣每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)就可以有更好的代表性。試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)目也可以較正交設(shè)計(jì)大幅度地減少。這種單純地從“均勻分散”性出發(fā)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法即為均勻設(shè)計(jì)。

由于覆蓋件的型面參數(shù)較多，而且每個(gè)參數(shù)的范圍很廣，在本文中有四個(gè)因素十個(gè)水平，因此屬于多因數(shù)多水平的試驗(yàn)，采用均勻設(shè)計(jì)為較合適的方法。

4 均勻設(shè)計(jì)表的選擇及方案的確定

前輪罩板模型面參數(shù)主要包括凹模圓角半徑、壓邊力、側(cè)壁傾角、虛擬拉延筋力的大小，根據(jù)初步成形結(jié)果分析和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定考察的各個(gè)因素的范圍如表1所示：

將A,B,C,D四個(gè)因素的考察范圍平均分為10個(gè)水平，列于表2中。

表2 因素水平表

根據(jù)水平和因素?cái)?shù)量以及最小的均勻度的偏差，查表采用U*10(108)均勻設(shè)計(jì)表，根據(jù)其使用表，選擇1, 3,4,5列，其均勻度的偏差(discrepancy)為0.2236，表3是均勻設(shè)計(jì)表，表4為其使用表[60]。均勻設(shè)計(jì)表用表示，其中U代表均勻設(shè)計(jì),n代表要做的試驗(yàn)次數(shù),q代表每個(gè)因素有q個(gè)水平，s代表該表有s列。

表3 U＊10(108)均勻設(shè)計(jì)表

表4 U＊10(108)使用表

按照上述數(shù)據(jù)組合安排模擬試驗(yàn)方案如表5所示。

表5 均勻設(shè)計(jì)方案及模擬結(jié)果

從表5均勻設(shè)計(jì)方案及模擬結(jié)果分析，當(dāng)材料的減薄率達(dá)到40%時(shí)，此處材料就會拉裂。從模擬結(jié)果圖2（4號實(shí)驗(yàn)組模擬結(jié)果圖）所示，A、B兩處材料容易堆積，C、D兩處容易拉裂。主要問題就是解決這幾處的起皺和破裂。所以后續(xù)的研究主要針對AB兩處增厚和CD兩處減薄。

對比上述十組數(shù)據(jù)，可以得出當(dāng)虛擬拉延筋的力超過120時(shí)，坯料就會被拉裂，而太小時(shí)，則起皺相當(dāng)厲害（3號試驗(yàn)組）。1、6、9號三組成形狀況結(jié)果都可以，如圖3所示。但增厚和減薄以及他們所占的面積大小等因素綜合考慮選取1號試驗(yàn)組數(shù)據(jù)為此次的最佳優(yōu)化參數(shù)組合。

5 結(jié) 論

本論文是前輪罩板成形的均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究，是均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法在板料成形領(lǐng)域的應(yīng)用和探索。找出零件拉深成形的最優(yōu)參數(shù)，能夠有效降低企業(yè)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本，大大增加新產(chǎn)品的研發(fā)能力和企業(yè)的市場競爭能力，前輪罩板工藝參數(shù)的優(yōu)化分析，重點(diǎn)在于沖壓技術(shù)的合理應(yīng)用。通過對前輪罩板工藝分析，初步制定該零件的制造工藝，通過比較方案，預(yù)測缺陷，通過模擬仿真調(diào)整參數(shù)加以避免。

前輪罩板成形的重要參數(shù)包括凸凹模間隙、側(cè)壁角度、凹模圓角、模具閉合高度、壓力機(jī)公稱壓力和材料的性能參數(shù)等。通過分析設(shè)計(jì)可以為其實(shí)際生產(chǎn)提供一定的參考價(jià)值，縮短反復(fù)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，提高模具設(shè)計(jì)的可靠性，降低一定的成本。

通過實(shí)驗(yàn)得到優(yōu)化的參數(shù)：用均勻設(shè)計(jì)方法對凹模圓角半徑、壓邊力、側(cè)壁傾角、虛擬拉延筋力四個(gè)參數(shù)進(jìn)行綜合選擇。選用均勻設(shè)計(jì)表，模擬后最終得到各個(gè)參數(shù)的最佳組合值，分別為：18mm、30ton、100N/mm、9°。

[1]吳詩淳.沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2002.

[2]呂雪山，王先進(jìn)，苗延達(dá).薄板成形與制造[M].北京:中國物質(zhì)出版社，1993.

[3]方開泰.均勻設(shè)計(jì)與均勻設(shè)計(jì)表[M].北京：北京:科學(xué)出版社，1994.

[4]崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[5]陳如欣，胡忠民.塑性有限元法及其在金屬成形中的應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1989.

責(zé)任編輯 李 燕

Uniform Experimental Design and Application of Front Wheel Cowling Panel Forming Parameters

ZHOU Min1,HE Jin2
（1.Chongqing College of Electronic Engineering,Chongqing 401331,China；2.Engineering Research Institute,China Jialing Industrial CO.,LTD(GROUP)，Chongqing 400013，China）

Analysis of front wheel cowling panel forming technology and parameters,and uniform experimental design can save the time of production organization and increase efficiency on the premise of precision accuracy analysis.

front wheel cowling panel；uniform experimental design；technology analysis

TH162

A

1674-5787（2010）03-0142-03

2010-03-10

周敏（1975—），女，重慶市人，碩士，重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，助教；何進(jìn)（1974—），男，重慶市人，中國嘉陵集團(tuán)工程研究院，工程師。