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正交试验法对冲压件多工艺参数优化的仿真及实验验证

摘要:通过正交试验,对冲压件成型过程进行了仿真实验,给出了

最佳工艺参数组合,并经过实验得以证实,从而达到缩短优化工艺参数

的时间,提高工艺设计效率的目的。

关键词:正交试验冲压件仿真冲压件工艺参数

冲压技术在航空、汽车、电子、仪器仪表、家用电器等行业生产

中应用十分广泛,对发展生产、增加效益、更新产品等方面起着重要

作用。但在曲面冲压过程中,普遍存在着起皱和拉裂等现象,很多人对

防止起皱和拉裂进行了深入的研究。本文通过正交试验法,结合具体

的曲面零件,确定了影响冲压件质量的工艺参数并进行了优化。

1正交试验法简介

1.1正交试验法

正交试验法是统计数学的重要分支。它是以概率论数理统计、专

业技术知识和实践经验为基础,充分利用标准化的正交表来安排试验

方案,并对试验结果进行计算分析,最终达到减少试验次数,缩短试验

周期,迅速找到优化方案的一种科学试验方法。上个世纪七八十年代,

此方法在我国得到了广泛地推广和应用。用正交表来安排试验,相对

于全面试验而言,它只是部分试验,却可以用比全面试验法少得多的试

验,获得能基本上反映全面情况的试验数据和资料。

1.2正交试验法中常用的几个名词

本文将利用正交试验法对冲压件进行模拟试验,得出各参数对起

皱及拉裂情况的影响。

(1)试验指标。在试验中需要考查的效果的特征值,简称为试验指

标。指标与试验目的是相对应的,如试验的目的是提高产量,则产量就

是试验要考查的指标;又如试验的目的是降低成本,则成本就成了试验

要考查的指标。指标一般又分为定性指标和定量指标,正交试验需要

通过量化指标来提高可比性。在板料冲压成形分析中,根据不同的试

验目的,可以将成形裕度(表示拉裂的危险程度)、皱纹高度(用于评价

起皱程度)等作为试验指标。

(2)因素。也称因子,是在试验中会对试验指标产生影响的原因或

要素。通常用大写字母A、B、C……等来分别表示不同的因素,因素

又分为可控因素和不可控因素,可控因素是指在现有科学技术条件下,

能人为控制和调节的因素;不可控因素是指在现有科学技术条件下,暂

时还无法进行控制和调节的因素。

正交试验中,一般将可控因素列入到试验当中,而将不可控因素尽

量保持一致,这样,在对试验结果的数据进行处理过程中,就可以忽略

不可控因素对试验指标所造成的影响。

(3)水平。试验中选定的因素所处的状态和条件称为水平。如果

一个因素在某项试验中取了K个不同的状态,就说该因素有K个不同

的水平,一般记为A1、A2、A3…。一次试验中,每个因素都会取一个

特定的水平,各个因素水平的一个组合称为实验条件。

1.3正交试验法的基本工具

正交试验法的基本工具是正交表。它是一种依据数理统计原理而

制定的具有某种数字性质的标准化表格。一般用La(bc)来表示,其中

“L”是正交表的代号(LationSquare),a表示表格的行数,表示要做a个不

同条件的试验,b表示因素的水平数量,c表示列数,试验中表示最多可

以考查c个因素。

2冲压件多因素工艺参数优化

下面以畚斗为例,利用模拟成型软件,对其成型过程中的压边力等

多因素进行了优化设计,提高冲压成型质量。图1是畚斗的造型图。

2.1正交实验方案

对于一个优化问题而言,本文将利用正交表安排试验,确定如下试

验指标、设计变量以及约束条件。

(1)试验指标。试验评价指标定为:破裂位置、破裂区最小壁厚、

破裂区壁厚减薄率、起皱位置、起皱区最大壁厚和起皱区壁厚增厚率。

(2)设计变量。定义冲压过程中的冲压速度V、凹模圆角半径R、

摩擦系数f、板料厚度H、压边力YBF为设计变量。

(3)约束条件。板料冲压过程中避免起皱、拉裂缺陷。

(4)确定正交实验方案。根据试验参数个数和试验水平的个数,本

文采用正交表L16(45)拟定正交试验方案(见表1,表2)。

2.2正交试验结果分析

根据表2方案进行了数值模拟。试验结果见表3。

其中破裂区壁厚减薄率定义为:［(板料原始厚度—破裂区最小壁

厚)×100%］÷板料原始厚度。

起皱区壁厚增