基于正交試驗的汽車油箱口盒沖壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化

江龍　廖榮華　邱偉林

摘 要：采用正交試驗設(shè)計方法綜合評估了沖壓過程中的壓邊力、模具間隙和板材尺寸對汽車油箱口盒沖壓成形質(zhì)量的影響，通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，找到最優(yōu)的工藝參數(shù)組合，所得結(jié)論對汽車油箱口盒沖壓工藝的設(shè)計具有指導意義。

關(guān)鍵詞：汽車油箱口盒；沖壓工藝參數(shù)；正交試驗

引言

汽車覆蓋件的可成形程度和成形質(zhì)量主要取決于其模具系統(tǒng)（凸模、凹模、壓邊圈、拉深筋等）和沖壓工藝參數(shù)（潤滑油、壓邊力、沖頭速度、凸凹模間隙等）[1-2]。實際生產(chǎn)中，當模具系統(tǒng)的參數(shù)已確定時，則僅能對沖壓工藝參數(shù)進行調(diào)節(jié)。由于沖壓工藝參數(shù)對汽車覆蓋件成形質(zhì)量具有較大影響，人們對此已展開了大量的研究[ 3-5]。

以有限元為理論基礎(chǔ)的金屬板材沖壓成形CAE分析技術(shù)已經(jīng)在汽車設(shè)計制造中得到廣泛應(yīng)用，通過數(shù)值模擬技術(shù)可對汽車覆蓋件沖壓工藝做出定性指導并得出一些有益結(jié)論。文獻[6]運用Dynaform進行有限元模擬分析了壓邊力、凹模圓角半徑、凸模圓角半徑對汽車油箱成形極限的影響。文獻[7]利用有限元模擬方法，研究了壓邊力、摩擦系數(shù)、沖壓速度及板料尺寸對汽車后端板加強件成形質(zhì)量的影響。文獻[8]利用自主開發(fā)的商品化沖壓成形CAE軟件研究了汽車外覆蓋件表面破裂缺陷產(chǎn)生的原因并進行精確預(yù)示。

目前，汽車覆蓋件沖壓工藝數(shù)值模擬技術(shù)尚存在缺乏定量精度等不足，為獲得質(zhì)量優(yōu)異的汽車覆蓋件，仍然需要進行反復(fù)的試驗調(diào)整，而合理的試驗設(shè)計方法在一定程度上可以減少反復(fù)試湊的盲目性，能以較少的試驗次數(shù)得到試驗范圍內(nèi)較優(yōu)的工藝組合。

文章以一汽海馬汽車有限公司某車型的油箱口盒為例，采用正交試驗進行優(yōu)化研究，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量及合格率，從而降低生產(chǎn)成本。

1 正交試驗方案設(shè)計

正交試驗設(shè)計利用數(shù)理統(tǒng)計學與正交性原理從大量的試驗點中挑選適量的具有代表性、典型性的點，應(yīng)用正交表合理安排試驗。正交試驗設(shè)計方法中所選擇的試驗對每個因素和因素的每個水平都為均勻分配，此外，還需保證每個因素的水平以相同的次數(shù)出現(xiàn)，且任何兩個因素的搭配出現(xiàn)的次數(shù)相同。沖壓成形過程中，板料取決于設(shè)計要求，一般不會改變。調(diào)整成形質(zhì)量的工藝參數(shù)多考慮模具幾何尺寸、板料尺寸、壓邊力、潤滑和沖壓速度等，文章主要研究壓邊力、凸凹模間隙及板料尺寸3個因素對成形質(zhì)量的影響，根據(jù)生產(chǎn)實際情況，確定為3因素3水平，如表1 所示。

2 沖壓工藝實驗

油箱口盒形狀如圖1所示。

板材選取寶山鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)的冷連軋低碳鋼板，其牌號、化學成分及力學性能如表2，在YQ32-100液壓機上進行主要工序沖壓的變形實驗，采用PX-7DL超聲波測厚儀對沖壓件進行厚度測試。

3 實驗結(jié)果與分析

板料沖壓成形性能包括抗破裂性、貼模性和定形性等，由于沖壓件一旦開裂則成為廢品，所以文章在滿足板料不發(fā)生破裂的前提下，將板料沖壓成形后的減薄率作為正交試驗的評價指標，其值越小則沖壓件成形質(zhì)量越好。

正交試驗結(jié)果如表3所示。由表3知，各因素對油箱口盒沖壓件減薄率（反映開裂趨勢）的影響，按從大到小的順序排列為凸凹模間隙>壓邊力>板材尺寸。

板件拉伸時壓應(yīng)力過大而導致失穩(wěn)將引起起皺現(xiàn)象的出現(xiàn)，當皺紋均勻分布在拉伸件的四周時，起皺原因主要是由于壓邊力過小而引起，故只需增加壓邊力或者通過在壓邊圈上增加拉延筋加以消除，而當壓邊力過大時，局部減薄率過大，容易在拉伸件的直壁上開裂，形成廢品。

凸凹模間隙過大時，拉伸件容易局部失穩(wěn)而產(chǎn)生起皺現(xiàn)象，此時應(yīng)適當調(diào)整凸凹模間隙，以防止起皺產(chǎn)生，凸凹模間隙過小時，板料難以流入凹模，往往導致拉裂的出現(xiàn)。

板料尺寸增大將引起壓料面與板料的接觸面積增加，引起材料流動的變化，有利于減小拉伸件的減薄率，獲得質(zhì)量良好的制品，板料尺寸過小時，板料在沖壓過程中迅速進入凹模，容易導致起皺出現(xiàn)，增加拉伸件厚度的波動，從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，在保障拉伸順利進行的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能減少板料尺寸以提高材料利用率。

基于正交試驗結(jié)果并經(jīng)上述分析，選擇優(yōu)化后的油箱口盒沖壓件工藝參數(shù)為：壓邊力300KN，凸凹模間隙0.5mm，板材尺寸370mm×370mm。在該組工藝參數(shù)下油箱口盒沖壓件成形質(zhì)量較好，結(jié)果令人滿意。

4 結(jié)束語

文章以板料成形壓邊力、凸凹模間隙和板材尺寸作為可調(diào)整工藝參數(shù)，通過正交試驗對某汽車油箱口盒沖壓件工藝參數(shù)進行優(yōu)化，以減薄率（反映開裂趨勢）為評價指標，得到各參數(shù)對成形質(zhì)量的影響程度為：凸凹模間隙>壓邊力>板材尺寸，并分析了各個參數(shù)對成形質(zhì)量的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上得到優(yōu)化后的油箱口盒沖壓件工藝參數(shù)，使板料減薄率有一定的減小，且成形質(zhì)量較好，獲得了令人滿意的結(jié)果，這為提高零件的沖壓成形質(zhì)量，減少生產(chǎn)成本創(chuàng)造了有利條件。該方法為油箱口盒沖壓件沖壓工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)提供了指導，具有一定的工程應(yīng)用價值。

參考文獻

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作者簡介：江龍（1979-），男，廣東普寧人，助理工程師，本科學歷，主要從事汽車覆蓋件沖壓工藝研究。