基于六西格玛设计方法的冲压仿真参数优化



基于六西格玛设计方法的冲压仿真参数优化

在汽车工业中，车身覆盖件及其它零部件由金属板材冲压而成。整个冲压过程基于金属塑性变形，通过模具和冲压设备对板材施加压力，使金属板材发生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的零部件。但整个冲压过程的回弹问题一直没有得到解决。回弹是冷冲压成形过程中不可避免出现的现象，尤其是近些年，先进高强度钢和铝合金板材的使用，使得回弹问题更加突出。若能充分了解回弹规律，建立准确的回弹预测模型，则对于控制汽车零件的回弹，发展零件精确成形技术具有重要意义。近些年，有限元方法的发展使得汽车行业可以依靠商业化软件进行冲压仿真。然而，仿真结果与冲压件实际回弹量之间始终存在差异。对此，本文利用六西格玛设计方法对冲压仿真参数进行优化，以缩小回弹预测与真实值之间的差异。

由于汽车后车窗四周支柱具有通用特性、适度复杂性以及可用于冲压分析的数据较多，因而以其为例进行研究。首先，利用LS-Dyna软件建立了后支柱的有限元模型，选用日本工业标准规定的CR05钢材。然后，在有夹具和没有夹具两种条件下，对相关仿真参数进行分析，并利用六西格玛设计方法进行优化。在对有限元模型进行网格划分时，需要权衡预测精度与计算时间。网格划分越细，预测精度越高，计算时间也越长。文中采用了自适应网格划分的方法，在板件形状变化较大的区域采用尽可能小的网格，而其它区域设定网格尺寸约为2～2.5mm。模拟时，改变滑动接触惩罚系数、模具偏移以及积分点个数，以分析这些仿真参数对信噪比的影响。仿真结果显示：①将滑动接触惩罚系数设定为恒定值0.1，通过引入一个补偿因子可以提高预测精度；②待冲压板材和模具之间的偏移应当保持在适当的值，偏移过小可能引起冲压模具损坏，偏移过大使冲压板件起皱、屈曲；③积分点个数越高，精度越多，但计算时间也越长，需要针对不同的冲压件进行选择。

Deepak Ranjan Bhuyan et al. SAE 2015-01-0582.

编译：王祥