汽車油箱底殼與一般沖壓件相比具有輪廓尺寸大、形狀復雜和外形不對稱等特點，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，導致零件各處的變形和應力不均，所以拉深表面需要借助壓邊圈下的材料補充。同時，零件的內表面在成形過程中會產(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算速度上都有較大的提高，使得仿真結果更加準確、可靠，但是成形仿真的結果無法給出各因素變量與評價成形質量的目標之間具體的關系，因此必須建立多因素變量與成形結果目標之間的數(shù)學模型，從而能夠對成形質量進行多方面綜合控制研究。為了提高本零件的成形質量，本文通過正交試驗設計與仿真技術相結合，通過大量計算找出了各因素對沖壓成形質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確供應提供指導。
成形仿真及模型建立
油箱底殼零件CAD模型以IGS格式導入軟件。在軟件中進行壓料面和工藝補充面的設計，由于油箱底殼端面為同一平面，故使壓料面在此端面生成。在此基礎上調整沖壓方向，并偏置出壓邊圈、凸模和凹模。為了更好地控制板料流動，使板料變形流動均勻，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：屈服強度136MPa，抗拉強度279.5MPa，應變強化指數(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，強化系數(shù)為503，斷后伸長率為45%。摩擦系數(shù)取0.15，壓邊力取2.4×106N，計算精確度按常規(guī)進行，則可通過計算得到油箱底殼成形狀態(tài)圖、FLD、主應變云圖、次應變云圖、厚度云圖和厚度減薄云圖等。
正交試驗方案設計
根據(jù)正交試驗設計理論，可以利用數(shù)理統(tǒng)計學與正交性原理，從大量的試驗數(shù)據(jù)中挑選適量的具有代表性的數(shù)據(jù)，應用正交表合理安排試驗。正交試驗的設計方法具有水平均勻性和搭配均勻性的特點，選擇試驗中每個因子的水平出現(xiàn)次數(shù)相同，每個水平因子不重復出現(xiàn)，且任何2個因子搭配都以相同的次數(shù)出現(xiàn)。正交試驗可以確定各因素對響應指標的影響程度，得到最佳響應指標各因素的設定水平以及各因素對響應指標影響最小的水平，從而得到最佳水平值。
在本文正交試驗設計中，因素包括壓邊力、摩擦系數(shù)、屈服強度、抗拉強度、n（應變強化指數(shù)）和r（厚向異性指數(shù)）等6個，響應指標為零件的最大減薄率，該指標能夠評定零件是否發(fā)生開裂和起皺。
數(shù)據(jù)處理及結果分析
直觀分析。根據(jù)正交試驗設計結果，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%），但哪個因素是關鍵影響因素無法判斷，不能起到選優(yōu)的作用。因此，需要對結果進行深入分析。
極差分析。仿真結果極差分析見表3。
優(yōu)選方案。比較k1—k5的大小可知，屈服強度最優(yōu)值（k為最小值）為115MPa。同理，抗拉強度最優(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，進行仿真計算，利用正交試驗設計方法對壓邊力、摩擦系數(shù)、屈服強度、抗拉強度、n和r等6個因素進行了設計，并通過仿真軟件進行了仿真分析，確定了6個因素對汽車油箱底殼沖壓成形質量的影響程度由強到弱依次為摩擦系數(shù)、屈服強度、抗拉強度、壓邊力、r和n。通過對數(shù)據(jù)進行對比分析，找到了優(yōu)選方案的材料工藝參數(shù)組合，即屈服強度為115MPa、抗拉強度為300MPa、n為0.26、r為2.1、壓邊力為230kN和摩擦系數(shù)為0.143。影響實際生產(chǎn)時零件產(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計開發(fā)和現(xiàn)場調試時間，并及時調整和優(yōu)化參數(shù)，為實際生產(chǎn)質量合格的產(chǎn)品提供了科學依據(jù)。