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汽车工业经过一个多世纪的发展,其设计方法已趋于成熟。车身是汽车三大部件中较重要的一个,白车身又是由各车身冲压件组成,故车身冲压件的质量对整车质量有重要影响。在愈加激烈的竞争和已趋于成熟的设计方法中,想寻求突破、占据先机,就要采用优化设计方法来提高产品质量;同时,结合使用板料成形有限元仿真,则可大大节省人力、物力,开发成本得以降低,开发周期得以缩短。 本文以某汽车立柱为研究对象,对优化设计方法在车身冲压件冲压质量优化设计中的应用做了研究,重点对其拉延工艺参数进行了正交优化、响应面优化和稳健优化。 首先在介绍了车身冲压件的冲压工艺数模设计要素及原则的基础上,结合该立柱本身的特征和成形要点,在UG软件中设计了其冲压工艺数模。并探讨了常见冲压工艺参数对质量的影响和选取原则。紧接着在介绍了板料冲压模拟关键技术的基础上,用AUTOFORM软件进行有限元建模,对该立柱的拉延成形进行仿真。针对出现的刚度不足、严重起皱,加设了拉延筋来解决,但出现了严重的破裂,为后续优化设计确定了质量评价指标——板料最大减薄率。 然后,将几种常见优化设计方法运用到该立柱拉延工艺参数的优化中,包括正交优化、响应面优化、稳健优化,并对三种优化的效果进行了对比。 正交优化通过分析部分有代表性的试验,就能达到分析全面试验的效果。本文选了5个对质量指标影响较大的因素:凸模与板料摩擦系数、凹模与板料摩擦系数、压边力、拉延筋半径、拉延筋高度,选取了合适的水平,对这5个参数进行了正交优化,得到正交优方案,经模拟验证,该方案确实优于原16组正交试验方案。另外,通过极差分析、方差分析,还得到了各因素对质量指标影响的重要程度和显著性。 正交优化是区域优化,不是精确优化,本文又对该立柱拉延工艺参数进行了响应面优化,优化对象是对质量影响最显著的两个因素——拉延筋半径、拉延筋高度,得到了最大减薄率的响应面模型,求得了响应面最优解,通过模拟验证该优方案得到的最大减薄率比正交优方案的结果要好,且通过响应面模型算得的最大减薄率值和模拟得到的值较接近,证明了该模型的可靠性。 工艺参数在实际生产时总会波动,从而引起产品质量波动,本文又对该立柱拉延工艺参数进行了稳健优化:以拉延筋半径、拉延筋高度为可控因素,另3个因素为噪声因素。得到了可控因素的稳健优化解,经验证,其稳健性确实优于响应面优方案。最后进行了实际生产验证,获得了理想的产品质量,说明了该稳健设计的合理性。