汽車油箱底殼與一般沖壓件相比具有輪廓尺寸大、形狀復(fù)雜和外形不對(duì)稱等特點(diǎn)，一般需經(jīng)過拉延、切邊和沖孔等工序才能得到最終零件。由于零件在拉延變形過程中拉延深度較大，導(dǎo)致零件各處的變形和應(yīng)力不均，所以拉深表面需要借助壓邊圈下的材料補(bǔ)充。同時(shí)，零件的內(nèi)表面在成形過程中會(huì)產(chǎn)生拉延脹形，容易出現(xiàn)起皺和拉裂等缺陷。板料有限元仿真近年來在精度和仿真運(yùn)算速度上都有較大的提高，使得仿真結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠，但是成形仿真的結(jié)果無法給出各因素變量與評(píng)價(jià)成形質(zhì)量的目標(biāo)之間具體的關(guān)系，因此必須建立多因素變量與成形結(jié)果目標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型，從而能夠?qū)Τ尚钨|(zhì)量進(jìn)行多方面綜合控制研究。為了提高本零件的成形質(zhì)量，本文通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)相結(jié)合，通過大量計(jì)算找出了各因素對(duì)沖壓成形質(zhì)量的影響程度以及最優(yōu)參數(shù)組合，以期為沖壓工藝的制訂和材料準(zhǔn)確供應(yīng)提供指導(dǎo)。
成形仿真及模型建立
油箱底殼零件CAD模型以IGS格式導(dǎo)入軟件。在軟件中進(jìn)行壓料面和工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)，由于油箱底殼端面為同一平面，故使壓料面在此端面生成。在此基礎(chǔ)上調(diào)整沖壓方向，并偏置出壓邊圈、凸模和凹模。為了更好地控制板料流動(dòng)，使板料變形流動(dòng)均勻，在凹模和壓邊圈上建立了等效拉延筋。
油箱底殼采用ST16牌號(hào)矩形材料，板料厚度為0.8mm，板料尺寸為840mm×660mm，材料性能參數(shù)為：屈服強(qiáng)度136MPa，抗拉強(qiáng)度279.5MPa，應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)為0.245，0°方向厚向異性指數(shù)為2.29，45°方向厚向異性指數(shù)為2.03，90°方向厚向異性指數(shù)為2.49，強(qiáng)化系數(shù)為503，斷后伸長(zhǎng)率為45%。摩擦系數(shù)取0.15，壓邊力取2.4×106N，計(jì)算精確度按常規(guī)進(jìn)行，則可通過計(jì)算得到油箱底殼成形狀態(tài)圖、FLD、主應(yīng)變?cè)茍D、次應(yīng)變?cè)茍D、厚度云圖和厚度減薄云圖等。
正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論，可以利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)與正交性原理，從大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中挑選適量的具有代表性的數(shù)據(jù)，應(yīng)用正交表合理安排試驗(yàn)。正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法具有水平均勻性和搭配均勻性的特點(diǎn)，選擇試驗(yàn)中每個(gè)因子的水平出現(xiàn)次數(shù)相同，每個(gè)水平因子不重復(fù)出現(xiàn)，且任何2個(gè)因子搭配都以相同的次數(shù)出現(xiàn)。正交試驗(yàn)可以確定各因素對(duì)響應(yīng)指標(biāo)的影響程度，得到最佳響應(yīng)指標(biāo)各因素的設(shè)定水平以及各因素對(duì)響應(yīng)指標(biāo)影響最小的水平，從而得到最佳水平值。
在本文正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，因素包括壓邊力、摩擦系數(shù)、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、n（應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)）和r（厚向異性指數(shù)）等6個(gè)，響應(yīng)指標(biāo)為零件的最大減薄率，該指標(biāo)能夠評(píng)定零件是否發(fā)生開裂和起皺。
數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析
直觀分析。根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，初步分析第5，11組數(shù)據(jù)最好（最大減薄率分別為21.5592%，21.7139%），第23組數(shù)據(jù)最差（最大減薄率為50.5313%），但哪個(gè)因素是關(guān)鍵影響因素?zé)o法判斷，不能起到選優(yōu)的作用。因此，需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行深入分析。
極差分析。仿真結(jié)果極差分析見表3。
優(yōu)選方案。比較k1—k5的大小可知，屈服強(qiáng)度最優(yōu)值（k為最小值）為115MPa。同理，抗拉強(qiáng)度最優(yōu)值為300MPa，n最優(yōu)值為0.26，r最優(yōu)值為2.1，壓邊力最優(yōu)值為230kN，摩擦系數(shù)最優(yōu)值為0.143。
通過有限元仿真軟件建立了汽車油箱底殼有限元模型，進(jìn)行仿真計(jì)算，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)壓邊力、摩擦系數(shù)、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、n和r等6個(gè)因素進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過仿真軟件進(jìn)行了仿真分析，確定了6個(gè)因素對(duì)汽車油箱底殼沖壓成形質(zhì)量的影響程度由強(qiáng)到弱依次為摩擦系數(shù)、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、壓邊力、r和n。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找到了優(yōu)選方案的材料工藝參數(shù)組合，即屈服強(qiáng)度為115MPa、抗拉強(qiáng)度為300MPa、n為0.26、r為2.1、壓邊力為230kN和摩擦系數(shù)為0.143。影響實(shí)際生產(chǎn)時(shí)零件產(chǎn)生開裂的原因除了以上6因素外還有其他因素，利用有限元仿真手段能夠顯著縮短設(shè)計(jì)開發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，并及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化參數(shù)，為實(shí)際生產(chǎn)質(zhì)量合格的產(chǎn)品提供了科學(xué)依據(jù)。