某大曲率薄壁件成形参数优化_李晔.pdf

第 15 卷 第 4 期 精 密 成 形 工 程 2023 年 4 月 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 237 收稿日期：20220730 Received：2022-07-30 基金项目：河南省科技攻关项目（212102210340）Fund：Henan Province Science and Technology Research Project(212102210340)作者简介：李晔（1978），男，高级工程师，主要研究方向为先进制造技术。Biography：LI Ye(1978-),Male,Senior engineer,Research focus:advanced manufacturing technology.通讯作者：张德海（1973），男，博士，教授，主要研究方向为先进材料成形技术。Corresponding author：ZHANG De-hai(1973-),Male,Doctor,Professor,Research focus:advanced material forming tech-nology.引文格式：李晔,周沛丽,李艳芹,等.某大曲率薄壁件成形参数优化J.精密成形工程,2023,15(4):237-246.LI Ye,ZHOU Pei-li,LI Yan-qin,et al.Optimization of Forming Parameters for a Large Curvature Thin-walled PartJ.Journal of Netshape Forming Engineering,2023,15(4):237-246.某大曲率薄壁件成形参数优化 李晔1，周沛丽2，李艳芹3，张德海3（1.黄河交通学院 机电工程学院，河南 焦作 454950；2.广东省机械技师学院 汽车工程与技术服务系，广州 510450；3.郑州轻工业大学 机电工程学院，郑州 450002）摘要：目的目的 根据某大曲率薄壁件形状需求，以最大减薄率为优化目标，采用数值模拟与响应面相结合的方法对其成形的工艺参数进行优化，以得到合格的零件产品。方法方法 首先，研究压边力、拉延筋阻力、摩擦因数、冲压速度等单因素参数对最大减薄率的影响规律。根据规律变化确定正交试验的参数范围，并对正交试验结果进行极差分析，确定本次板料冲压成形有限元分析的工艺参数对最大减薄率影响大小的排序为：摩擦因数压边力拉延筋阻力百分比冲压速度；根据极差分析结果，选定对最大减薄率影响较小的冲压速度为 3 000 mm/s、其他 3 个工艺参数为变量进行再次优化，以摩擦因数、压边力、拉延筋阻力为优化对象建立响应面。结果结果 通过响应面预测结果可知，摩擦因数为 0.09、压边力为 409.730 kN、拉延筋阻力为 32.384%时，最大减薄率得到最小值 7.926%。将该组工艺参数进行模拟，得到最大减薄率为 9.40%，与响应面预测值仅相差 1.474%，相对误差率为 15.68%。结论结论 经过试验验证，试验和优化的数值分析结果吻合较好，最大减薄率仅相差 0.60%，证明了该方法的可行性。关键词：大曲率薄壁件；冲压速度；摩擦因数；正交试验；响应面试验 DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.025 中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)04-0237-11 Optimization of Forming Parameters for a Large Curvature Thin-walled Part LI Ye1,ZHOU Pei-li2,LI Yan-qin3,ZHANG De-hai3 (1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Huanghe Jiaotong University,Henan Jiaozuo 454950,China;2.Depart-ment of Automobile Engineering&Technical Service,Guangdong Machinery Technician College,Guangzhou 510450,China;3.School of Mechanical and Electrical Engineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou 450002,China)ABSTRACT:The work aims to optimize the forming process parameters of a large curvature thin-walled part by combining numerical simulation with response surface method according to the shape requirement with the maximum thinning rate as the optimization objective,so as to obtain qualified parts.Firstly,the effect of single-factor parameters such as edge pressing force,rib resistance,friction coefficient and stamping speed on the maximum thinning rate was studied.According to the change law,238 精 密 成 形 工 程 2023 年 4 月 the parameter range of the orthogonal experiment was determined and the range analysis was carried out to the orthogonal ex-periment results.Then,the sequence of the effect of the process parameters on the maximum thinning rate in the finite element analysis of sheet metal stamping was determined as follows:friction coefficientpressing forcepercentage of rib resistance stamping speed.According to the results of range analysis,the stamping speed with little effect on the maximum thinning rate was selected as 3 000 mm/s,and the other three process parameters were selected as variables for re-optimization.Next,the fric-tion coefficient,edge pressing force and rib resistance were used as the optimization object to establish the response surface.Af-ter predicted by the response surface,the minimum value of the maximum thinning rate was 7.926%when the friction coeffi-cient was 0.09,the edge pressing force was 409.730 kN,and the rib resistance was 32.384%.After simulated by this set of proc-ess parameters,the maximum thinning rate was 9.40%,which was only 1.474%different from the predicted value of the re-sponse surface,and the relative error rate was 15.68%.After experimental verification,the experimental results are in good agreement with the optimized numerical analysis results,and the maximum thinning rate is only 0.60%,which proves the feasi-bility of the proposed method.KEY WORDS:large curvature thin-walled part;stamping speed;friction coefficient;orthogonal experiment;response surface test 某大曲率薄壁件采用曲率半径为 5 000 mm 的PCM 板料，其中基材厚度为 0.5 mm，覆膜厚度为0.1 mm。冲压时将板材放于模具之内，促使其在型腔约束下发生塑性流动，获得所要求的形状与性能。板料通过冲压模具成形的过程中，局部减薄、回弹等缺陷是不可避免出现的问题，尤其局部变薄导致的PCM 破损和脱落产生的废品率居高不下是严重影响企业正常生产和提高一次校验率的因素。在此背景下，开展工件塑性成形过程的精确控制研究，通过构建精确的流动模型、组织性能预测模型与表征方法1-3，并精确调控成形工艺参数，优化模具结构与型面设计，实现高材料利用率、高性能制造，发展新的塑性成形理论和工艺方法具有重要的社会经济价值和学术意义4-6。Gau 等7在回弹试验中考虑到包辛格效应，探究了该效应对板料回弹的影响。Inamdar 等8在交互作用中采用单因素试验方法测试了板料回弹量的材料参数、几何参数等。Thomson 等9对镀铝锌钢材、镀锌钢材、普通钢材制作的 U 形弯曲件的回弹量进行了对比研究，解决了直臂扭曲的问题。Livatyali 等10和赵玉霞等11参考近百篇文献分析了零件回弹规律，发现在通常情况下，最关键的是路径被卸载状态下的模拟数据，但是 Karafillis 等12却并不认同，其认为一个形状复杂的零件只有圆角处的小区域会反向加载并软化。Finn 等13提出了卸载并模拟各种薄料回弹的计算公式，发现此方法适用于零件回弹量较小时的范围。赵彦启等14研究了直角形的弯曲回弹并得到了弯曲与回弹量的计算公式；后续学者以此为基础，通过推导回弹量的近似公式，获得了影响回弹角和回弹半径的因素15-18。魏波等19为解决马鞍形板成形困难、成形效率和成形精度低的问题，通过理论分析和仿真方法对马鞍形板成形过程中的加载路径和回弹情况进行了研究，发现渐进弯曲成形方法能提高马鞍形板的成形效率和成形精度。夏琴香等20为探明镁合金带内筋筒形件热强旋成形质量影响因素间的相互作用，设计了 5 因素 3 水平正交试验方案，开展了灰色关联度分析及极差分析，研究了内筋数量及工艺参数对旋压件直线度、圆度、筋背凹陷率、内筋饱和度、筋高不均匀度等成形质量指标影响的主次顺序，获得了最优的参数组合，并制备出了质量合格的镁合金带内筋筒形件。章顺虎等21为提高热轧薄板力学性能的预测精度，采用大数据与卷积神经网络相结合的方式建立了高精度的预测模型，进一步采用贡献权重法对输入参数进行筛选，最终建立了热轧薄板力学性能预测模型，该模