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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
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