一种基于变间隙压边的铝板冲压成形工艺优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车结构件冲压技术领域，具体地说是一种基于变间隙压边的铝板冲压成形工艺优化方法。
【背景技术】
[0002]轻量化是现代汽车设计制造的必然趋势。整车质量减小10%的情况下燃油效率能够提高6%至8%，油耗能够降低6%至10%，不仅提高了资源利用率，也减小了大气污染。与此同时，汽车的相关性能将明显提高，使用寿命也会延长。普通轿车车身质量达到整车质量的一半，减轻车身质量对整车轻量化意义重大。
[0003]目前车身轻量化的主要途径是采用轻质材料。铝合金材料强度高、密度小，在满足同等力学性能条件下质量比钢减少60%，发生碰撞时比钢多吸收50%的能量，铝板正逐渐取代钢板成为汽车车身的主要材料。20世纪90年代末期，就已出现了从发动机罩、翼子板等部分车身铝外板逐步发展为车身全部采用铝外板的轿车，相对钢板获得了减重40?50%的效果。欧美铝工业较发达，所以欧美在汽车铝化方面走在前头。德国奥迪AS型轿车车身均采用铝材制造，框架采用立体框架式结构，覆盖件为铝板冲压而成，曾被评为1994年全世界重要科技成果100项之一。这种铝车身与钢车身相比，质量减轻30%?50%，油耗减低5 %?8 %。日本本田公司生产的轿车车身用铝合金达162kg，比钢车身减重约40 %。
[0004]虽然铝板作为车身材料已被应用，但其冲压成形仍然存在很多问题。铝合金板在材料参数、失效准则、硬化规律等多个方面均与普通钢板有较大区别，铝合金较之钢板极限延伸率和弹性模量低，局部拉延性比钢板差，在冲压成形过程中容易出现起皱和拉裂等成形缺陷。因此，板料成形工艺的优化一直是国内外学者研宄的热点。
[0005]变压边力技术是改善板料成形性能的重要方法。Tetsuya Yagami等人在3个液压缸上使用36个压边力控制模块来控制材料的流动，优化了压边力；Kozo Osakada通过控制FEM确定了最优压边力加载曲线；龚志辉等人结合响应面技术和遗传算法获得了随行程变化的最优变压边力曲线；孙成智等人基于M-K法研宄了变压边力对铝板冲压成形过程的应变路径的影响，结果表明随时间渐增的变压边力能提高杯形拉深件的成形性能；陈关龙等人通过数值模拟研宄了随位置变化的压边力对矩形盒形件成形质量的影响；包友霞等人改进了基于网格法和单纯形法的混合算法，结合仿真软件优化了一球头柱形杯零件的变压边力方案，减小了其局部最大减薄率。
[0006]尽管板料成形的变压边力技术已经取得了很大成效，但变压边力的实现对压机的要求比较高。对于普通压机，要实现变压边力不仅难度大，而且成本高，不能满足实际生产的需求。在冲压过程中，压边间隙直接决定了压边力的大小，因此国外某些学者提出了变间隙压边的成形工艺技术。但是目前的研宄只是针对孤立的样本点进行分析，没有针对优化目标求解最优参数组合。鉴于此，本发明提出先建立各压边块到凹模的间隙值与成形质量之间的数学模型，然后结合试验设计方法、响应面近似模型技术和多目标优化方法搜寻最优解，为铝板冲压的成形工艺优化提供了一种新的手段。
【发明内容】
[0007]本发明为克服现有技术的不足，提供一种基于变间隙压边的铝板冲压成形工艺优化方法。
[0008]为实现上述目的，设计一种基于变间隙压边的铝板冲压成形工艺优化方法，其特征在于:包括如下步骤，
步骤一、建立数学模型:确定自变量及优化目标，建立各压边块到凹模的间隙值与成形质量之间的数学模型；
步骤二、确定设计方法:根据试验因素、各因素水平以及试验次数确定一种试验设计方法安排采样；
步骤三、划分网格:结合实际工况、定义材料参数、运动参数、摩擦系数来进行划分网格，所述的划分网格为有限元网格划分；
步骤四、仿真:根据划分网格所限定的条件对采样结果进行数据模拟仿真，得到板料的厚度分布图；
步骤五、选取近似模型:建立优华问题的近似模型；
步骤六、优化:根据所建立的近似模型，运用一种优化计算方法得到最优解；
步骤七、组合仿真:在其他仿真条件不变的情况下，采用最优解中的参数进行组合仿真，验证该方法的可行性。
[0009]所述的建立数学模型包括如下步骤，
步骤一、模型准备:了解产品的实际背景，弄清产品的特征，明确建模目的及搜集建模所需的数据信息；
步骤二、模型假设:根据产品的特征和建模的目的对产品进行合理的简化，用精确的语言作出假设；
步骤三、模型构成:根据假设分析的因果关系和内在规律，选择适当的数学工具构造各个量之间的关系；
步骤四、模型求解:采用画图形或者解方程或者逻辑分析或者数据计算对模型求解；步骤五、模型分析:对模型求解的结果进行误差分析、模型对数据的稳定性分析或者灵敏性分析；
步骤六、模型检验:将模型分析的结果翻译回归到实际情况中，与实际的数据和现象进行比较，检验模型的适用性及合理性。
[0010]所述的确定设计方法为全因子设计或者中心复合设计或者均匀设计或者正交设计或者拉丁超立方设计。
[0011]所述的有限元网格划分的具体步骤如下，
(1)将UG软件或者CATIA软件中做好工具体和板料曲面转换成IGS格式；
(2)将IGS格式导入DYNAF0RM软件中；
(3)在DYNAF0RM软件中点击前处理模块中的曲面网格划分命令，当划分工具体网格时选择TOOL MESH命令，当划分板料则选择PART MESH命令；
(4)网格划分进行检查单元的重量。
[0012]所述的有限元网格划分的方法为映射法或者Delaunay三角形剖分法或者四叉树法。
[0013]所述的数据模拟的算法为静力隐式算法或者动力显示算法，仿真所用的软件为DYNAF0RM5.9。
[0014]所述的选取近似模型的方法为多项式响应面模型或者人工神经网络模型或者Kriging 模型。
[0015]所述的优化计算方法为粒子群算法或者遗传算法或者蚁群算法。
[0016]所述的优化计算方法所用的软件为Isight5.7。
[0017]本发明同现有技术相比，通过建立各压边块间隙与成形质量之间的数学模型，结合试验设计方法、响应面技术和多目标优化方法得到最优压边块间隙组合，改善铝板冲压成形过程中的起皱和拉裂，为铝板的冲压成形工艺优化提供了一种具有创新性和可行性的方法。
【附图说明】
[0018]图1为本发明优化方法流程图。
[0019]图2为产品模型示意图。
[0020]图3为压边圈分块图。
[0021 ] 图4为Pareto最优解集示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面根据附图对本发明做进一步的说明。
[0023]如图1所示，一种基于变间隙压边的铝板冲压成形工艺优化方法，包括如下步骤， 步骤一、建立数学模型:确定自变量及优化目标，建立各压边块到凹模的间隙值与成形质量之间的数学模型；
步骤二、确定设计方法:根据试验因素、各因素水平以及试验次数确定一种试验设计方法安排采样；
步骤三、划分网格:结合实际工况、定义材料参数、运动参数、摩擦系数来进行划分网格，所述的划分网格为有限元网格划分；
步骤四、仿真:根据划分网格所限定的条件对采样结果进行数据模拟仿真，得到板料的厚度分布图；
步骤五、选取近似模型:建立优华问题的近似模型；
步骤六、优化:根据所建立的近似模型，运用一种优化计算方法得到最优解；
步骤七、组合仿真:在其他仿真条件不变的情况下，采用最优解中的参数进行组合仿真，验证该方法的可行性；即网格划分方法及其质量要求、工具体位置、板料的材料及位置、摩擦系数、拉延筋、过程参数和控制参数等不变，用得到的最优参数组合重新建立压边圈的有限元模型进行仿真。比较优化前后零件产品区域的最大减薄率和最小增厚率，如果优化后的最大减薄率和最小增厚率减小则优化结果可接受，反之则需重新安排采样和建立近似模型进行优化。
[0024]建立数学模型包括如下步骤，
步骤一、模型准备:了解产品的实际背景，弄清产品的特征，明确建模目的及搜集建模所需的数据信息；