基于正交试验的汽车油箱底壳的成形分析
汽车油箱底壳与一般冲压件相比具有轮廓尺寸大、形状复杂和外形不对称等特点，一般需经过拉延、切边和冲孔等工序才能得到最终零件。由于零件在拉延变形过程中拉延深度较大，导致零件各处的变形和应力不均，所以拉深表面需要借助压边圈下的材料补充。同时，零件的内表面在成形过程中会产生拉延胀形，容易出现起皱和拉裂等缺陷。板料有限元仿真近年来在精度和仿真运算速度上都有较大的提高，使得仿真结果更加准确、可靠，但是成形仿真的结果无法给出各因素变量与评价成形质量的目标之间具体的关系，因此必须建立多因素变量与成形结果目标之间的数学模型，从而能够对成形质量进行多方面综合控制研究。为了提高本零件的成形质量，本文通过正交试验设计与仿真技术相结合，通过大量计算找出了各因素对冲压成形质量的影响程度以及最优参数组合，以期为冲压工艺的制订和材料准确供应提供指导。
成形仿真及模型建立
油箱底壳零件CAD模型以IGS格式导入软件。在软件中进行压料面和工艺补充面的设计，由于油箱底壳端面为同一平面，故使压料面在此端面生成。在此基础上调整冲压方向，并偏置出压边圈、凸模和凹模。为了更好地控制板料流动，使板料变形流动均匀，在凹模和压边圈上建立了等效拉延筋。
油箱底壳采用ST16牌号矩形材料，板料厚度为0.8mm，板料尺寸为840mm×660mm，材料性能参数为：屈服强度136MPa，抗拉强度279.5MPa，应变强化指数为0.245，0°方向厚向异性指数为2.29，45°方向厚向异性指数为2.03，90°方向厚向异性指数为2.49，强化系数为503，断后伸长率为45%。摩擦系数取0.15，压边力取2.4×106N，计算精确度按常规进行，则可通过计算得到油箱底壳成形状态图、FLD、主应变云图、次应变云图、厚度云图和厚度减薄云图等。
正交试验方案设计
根据正交试验设计理论，可以利用数理统计学与正交性原理，从大量的试验数据中挑选适量的具有代表性的数据，应用正交表合理安排试验。正交试验的设计方法具有水平均匀性和搭配均匀性的特点，选择试验中每个因子的水平出现次数相同，每个水平因子不重复出现，且任何2个因子搭配都以相同的次数出现。正交试验可以确定各因素对响应指标的影响程度，得到最佳响应指标各因素的设定水平以及各因素对响应指标影响最小的水平，从而得到最佳水平值。
在本文正交试验设计中，因素包括压边力、摩擦系数、屈服强度、抗拉强度、n（应变强化指数）和r（厚向异性指数）等6个，响应指标为零件的最大减薄率，该指标能够评定零件是否发生开裂和起皱。
通过有限元仿真软件建立了汽车油箱底壳有限元模型，进行仿真计算，利用正交试验设计方法对压边力、摩擦系数、屈服强度、抗拉强度、n和r等6个因素进行了设计，并通过仿真软件进行了仿真分析，确定了6个因素对汽车油箱底壳冲压成形质量的影响程度由强到弱依次为摩擦系数、屈服强度、抗拉强度、压边力、r和n。通过对数据进行对比分析，找到了优选方案的材料工艺参数组合，即屈服强度为115MPa、抗拉强度为300MPa、n为0.26、r为2.1、压边力为230kN和摩擦系数为0.143。影响实际生产时零件产生开裂的原因除了以上6因素外还有其他因素，利用有限元仿真手段能够显著缩短设计开发和现场调试时间，并及时调整和优化参数，为实际生产质量合格的产品提供了科学依据。
(来源：首钢）
现货资源
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