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1、1序言冲压拉深往往伴随着壁厚的减薄，不仅影响工件成形质量，也会影响生产工艺的稳定性。目前很多企业的工程技术人员以及院校专家学者们对冲压减薄率的影响因素做了大量的研究。首先，成形材料涉及较广，有铝合金、钛合金和钢等；工艺上分别从冲压速度、摩擦系数、冲压间隙、压边力和成形温度等因素去分析冲压壁厚减薄率。同时，除了传统的CAD软件之外，Autoform.Dynaform.Deform等CAE软件也被广泛用于数值模拟冲压成形。正交试验法、响应曲面法、BP神经网络加遗传算法和灰色关联分析法等多因素分析法也被应用于实际生产,使得结果更加优化且符合生产实际。结合以上分析，本文先对拉深模具进行设计，然后利用A
2、utoform软件对某汽车气体发生器外壳件的第一道拉深成形进行数值模拟分析。结合发生器壳体壁厚以及拉深工艺的特殊性，使用响应曲面法来设计实验，分析拉深间隙、拉深凹模的圆弧角以及凹模的定径带长度这三个因素对拉深壁厚减薄率的影响，从而优化工艺参数。此外，利用实际拉深模具生产来验证工艺参数的有效性，模拟分析优化以及响应曲面分析对于拉深零件的生产实践具有一定参考价值。2拉深工艺数值模拟2.1 模型及材料以某汽车安全气囊的气体发生器的外壳体拉深件为例，材料为S420MC结构钢，屈服强度420MPa,抗拉强度5OOMPa左右，壁厚要求2.3mm。实际生产工艺涉及拉深、剪切和冲孔等步骤，取其中拉深工艺进行仿
3、真模拟，分析不同工艺参数对壁厚减薄率的影响，拉深零件如图1所示。6图1拉深零件2.2 基于Autoform的数值模拟分析实际冲压拉深设计时，会使用经验数值来设计工艺参数，拟设定凸凹模间隙为2.5mm,凹模圆弧角半径为8mm,定径带长度为3mm0使用SoIidEdge对凸凹模建模,转换后导入至Autoform中,拉深模型如图2所示。图2拉深模型拉深冲头凹模圆弧角定径带在Autoform软件中设置好模型拉深方向，选择材料S420MC,设置原材料厚度2.5mm,定义工艺流程为无凸缘拉深,料坯尺寸f106mm,定义好模具模型拉深的深度，在此选项中可以调整拉深的间隙。参数设置完成后进行数值模拟，从而得到
4、分析结果，Autoform软件分析结果中默认有壁厚分析，可以通过软件全局标注来得到壁厚最薄处的减薄率，该设定参数下的壁厚减薄率为9.2%,如图3所示。图3数值模拟结果结合Autoform数值模拟分析的结果,零件壁厚在拉深之后出现减薄。而作为气体发生器的壳体，减薄较大处可能出现开裂，这是安全气囊这类安全件需要严格检验且不被允许的。数值模拟的优越性就在于能找到零件上减薄率最大的地方，然后加以分析。3响应曲面法分析拉深工艺的优化3.1 响应曲面模型设计利用响应曲面法分析不同因素、不同参数水平对零件壁厚减薄的影响，结合生产实际选择拉深间隙A、拉深凹模圆弧角半径B和定径带长度C,并分别设定三水平。Des
5、ignEXPert是目前运用最广泛的响应曲面分析软件，利用该软件进行试验设计，方案见表1。方案确定后，利用Autoform对试验方案中的不同参数水平逐个进行上述的数值模拟,从而得到各因素水平的减薄率,记录到表1中，并利用DesignEXPert对试验结果进行统计分析。表1拉深模拟试验方案及结果试验序号拉深间隙/mm间模圆弧角半径8/mm定径带长度C/mm壁厚谶薄率火(%)12.51047.822.51047.832.5859.242.6IO57.852.61037.862.684972.51047.882.61248.492.51238.1IO2.51258.1112.41059.7122.4
6、1248.2132.51047.8142.5839.2152.48410.5162.51047.8172.41033.2 响应曲面模型的结果分析根据表1的试验结果建立壁厚最大减薄率R与拉深工艺参数之间的二次多项式：R=7.8-0.55A-0.6375B+0.08750.425AB-0.175AC-1.5710-17BC+0.575A2+0.65B2+0.2C2通过分析，可以得到响应曲面模型的方差（见表2）。F值和P值是方差分析中针对模型和模型系数进行显著性检验得到的结果，F值的大小反映交互式影响的程度,P值则反映显著程度（通常P0.01表示极显著,P0.05表示显著）。该回归模型的P值是0.0
7、0080.05,表示该模型显著，同时还可以发现A、B、AB、A2、B2的P值均三JM三丝n-b）响应曲面图4拉深间隙和凹模圆弧角半径对减薄率交互式影响3.3 工艺参数优化通过以上分析，对拉深成形过程中影响壁厚减薄的因素有了较为清楚的认知。响应曲面法可以给出优化后的拉深参数一一拉深凹模圆弧角半径为10.94mm,冲头凹模间隙为2.56mm,定径带长度为3.34mm,得出的拉深件壁厚减薄率的响应值为7.75%o借助于Autoform软件对该工艺参数进行模拟验证,得到的模拟结果如图5所示。拉深件壁厚最薄处在零件底部直线与圆弧的交界处，减薄率为7.8%,与响应曲面法得到的响应值吻合。图5优化后的数值模
8、拟结果4实际生产应用效果拉深速度、摩擦系数以及成形温度也会对零件壁厚产生一定的影响，但在此次研究中没有考虑，主要是因为实际生产项目中往往涉及到量产件的爬坡，冲压速度也会随着量产越来越快，同时会采用一定浓度的乳化液进行降温，冲头和凹模也会做相应的涂层来降低摩擦系数，以提高其寿命，所以对此研究的意义不大。在以上参数固定不做调整的情况下，使用分析后获得的最佳工艺参数进行实际生产,拉深零件如图6所示,取点多次测量壁厚,壁厚最薄处为2.320mm,减薄率为7.2%。使用响应曲面法分析冲压拉深的模拟结果能够指导实际生产，获得最优参数。壁厚最薄处2S巾巾减薄率72%：图6实际生产的零件及减薄率5结束语利用A
9、utoform软件以及响应曲面法对拉深工艺参数进行优化，并建立拉深件壁厚减薄率与工艺参数的二次多项式拟合模型。根据响应曲面法分析可知：拉深间隙和凹模、圆弧角半径以及两者的交互对拉深壁厚减薄率影响较大，而定径带长度对其影响较小。最终优化后的凹模圆弧角半径为10.94mm,拉深间隙为2.56mm,定径带长度为3.34mm,壁厚减薄率为7.8%该最佳参数投入到实际生产中，得到拉深零件的壁厚减薄率为7.2%,在合理范围内。对于筒形金属拉深件，通过Autofrom软件模拟仿真及响应曲面分析，能够获得最佳的工艺参数，从而得到最佳的材料壁厚减薄率，运用到实际拉深生产中，可以避免反复生产试验。专家视点拉深工艺的壁厚减薄率受很多因素影响，文章通过Autoform软件对拉深工艺进行数值模拟，能够得到不同因素作用下的拉深减薄率，并通过响应曲面法分析拉深间隙、拉深凹模圆弧角和拉深的定径长度等对拉深减薄率的影响，最终得到二次多项式拟合模型和减薄率优化结果，通过拉深模具实际拉深来验证拉深工艺参数的有效性。使用软件模拟和实际生产相结合是文章的亮点，科学合理，理论结合实际，解决了模具生产中常见的拉伸难题，有效地缩短了后期模具调试时间，降低后期调试的费用。模拟软件建立数据库和工艺流程的方法，对于后期相关模具制作做出了有益的探索，经济效益和社会效益显著，体现出作者精益生产的理念。
