车身覆盖件冲压成形中拉深盘的优化设计方法研究

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1、车身覆盖件冲压成形中拉深筋的优化设计方法研究摘要汽车车身制造水平是决定汽车产是市场竞争力的主要因素之一，而车身覆盖件冲压成形是决定车身质量的关键工艺。阵身覆盖件多为非轴对称、复杂的自由曲面，为了保证其成形质量，合理设置拉深筋、调整拉延阻力的分布状况是改善板料流动不均性、提高覆盖件成形质量的主要方法。近四十年来很多学者在拉深筋阻力构成方面开展了广泛的研究，己取得诸多成果。然而目前国内外车身覆盖件模具中拉深筋设计，仍依赖于手工“试错”，数值仿真的应用也是采用有限元程序反复计算来代替手工“试错”。当采

2、用实际拉深筋模型进行成形过程模拟时，每进行一次方案试算就需要花费大量的时间修改几何模型与有限元模型，而修改一次模型的时间有时甚至比手工修模所需时间还长。此外，在确定拉深筋布置方案时，反复试算的方案完全依赖于计算人员的经验，试算的结果和过程具有很大的盲目性和偶然性扩本文根据薄板成形质量问题作为约束优化问题的求解特点，提出了一种改进的混合优化算法，将其与有限元程序相结合，研究了应用优化理论与数值仿真进行拉深筋方案的优化设计方法。即将改进的混合优化算法和有限元程序相结合，设计拉深筋阻力沿凹模模口的分布

3、状况，再依据本文提出的一种改进的拉深筋阻力模型，优化设计实际拉深筋的类型及几何参数。住要研究工作如下:提出一种改进的混合优化算法。薄板成形过程作为非线性约束优化问题，其目标函数和约束函数都无法用数学表达式显示描述，只能通过有限元数值仿真来确定，因此如何有效地进行薄板冲压成形的优化设计一直是一个非常具有挑战性的难题。本文基于T.Ohata7R合优化算法用于薄板成形优化设计搜索效率高的优点，改进了其对有些约束优化问题无法寻优、对有些约束优化问题求出的解超出了可行域范围的不足。改进后的优化算法能够求解

4、各种约束优化问题，且能保证解均落在问题的可行域内，扩大了可求解问题的范围。提出一种改进的等效拉深筋阻力模型。虽然已有众多学者先后提出了六种等效拉深筋阻力模型，但缺乏能够实际应用于冲压成形仿真的高效、准确的阻力模型。本文基于Weidemann等效拉深筋阻力模型形式简单、便于应用的优点，对其计算精度的不足进行了改进。新模型考虑了材料硬化、厚向异性系数对拉深筋阻力的影响，而且能够真实反映拉深筋压入深度对筋阻力的作用，并给出了实际弯曲角甲的计算公式。Weidemann拉深筋阻力模型与Nine和Lauko

5、nis的试验结果相比，计算误差达到35%，而新模型的计算误差小于15%。为进一步验证阻力模型的精度，对一有拉深筋的小方杯进行了实冲试验，将实冲试验结果与改进的拉深筋阻力模型用于方杯成形仿真的计算结果及采用实际拉深筋模型仿真结果进行比较，结果表明新改进的等效拉深筋阻力模型能够有效地预测小方杯在小压边力作用时的突缘部分起皱现象、在大压边力作用时方杯4个拐角的开裂现象，同时三者在零件有效部位的主、次应变对比曲线也吻合得很好。建立了拉深筋设计的优化系统。在商用有限元软件LS-DYNA3D的基础上建立了拉

6、深筋设计的优化系统，该系统主要包括三个功能:计算实际拉深筋的等效拉深筋阻力，以便于薄板成形过程的仿真计算;优化设计等效拉深筋阻力沿凹模模口的分布状况;优化设计对应于等效拉深筋阻力的实际拉深筋类型及几何参数。文中以两个小方杯为研究实例，探索拉深筋设计优化系统的可行性。通过优化设计，方杯，1的鼓包高度比采用恒定压边力控制时降低了70.4%，从而大大改善了零件的形状精度;方杯02的成形裕度从采用恒定压边力控制时的1.7%提高到了11.4%，而且使得零件上各有效区域的应变都超过了2%，说明优化后的拉深筋

7、方案不仅提高了零件的成形裕度，而且大大改善了零件的应变分布状况，提高零件的整体抗凹性。将拉深筋方案优化设计方法应用于汽车覆盖件的模具设计。客货两用车左/右连接板的拉延件拉延深度大、形状复杂、具有明显的反拉延凸台，在单一拉深筋阻力控制下局部突缘部分材料流入凹模型腔，多处变形已出现颈缩甚至开裂现象。通过拉深筋方案优化设计，使得零件的成形裕度达到了10%，保证了零件的成功拉延;零件上各有效区域的应变都超过了2%，提高了零件的整体抗凹性:零件突缘部分最小修边值大于lOmrri，使零件保持较好的修边轮廓，

8、从而保证了车身装配质量。将优化后的拉深筋方案用于指导修模、并进行了实冲试验，实冲零件没有开裂，试验中典型区域的厚度与仿真结果也吻合得很好，表明本文提出的拉深筋优化设计方法能够有效地提高实际车身覆盖件模具设计的质量和效率。本文的研究工作为车身覆盖件模具拉深筋设计提供了一种有效的方法，能缩短调模周期，提高车身覆盖件模具设计制造质量。这种将非线性优化理论与有限元数值仿真相结合进行车身覆盖件模具拉深筋设计的思想，也可推广应用于覆盖件模具其它设计参数的优化。)关键词‘车“覆盖件’拉“筋’””阻力模“’混合