基于六西格瑪設計方法的沖壓仿真參數優化

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基于六西格瑪設計方法的沖壓仿真參數優化

在汽車工業中，車身覆蓋件及其它零部件由金屬板材沖壓而成。整個沖壓過程基于金屬塑性變形，通過模具和沖壓設備對板材施加壓力，使金屬板材發生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和性能的零部件。但整個沖壓過程的回彈問題一直沒有得到解決。回彈是冷沖壓成形過程中不可避免出現的現象，尤其是近些年，先進高強度鋼和鋁合金板材的使用，使得回彈問題更加突出。若能充分了解回彈規律，建立準確的回彈預測模型，則對于控制汽車零件的回彈，發展零件精確成形技術具有重要意義。近些年，有限元方法的發展使得汽車行業可以依靠商業化軟件進行沖壓仿真。然而，仿真結果與沖壓件實際回彈量之間始終存在差異。對此，本文利用六西格瑪設計方法對沖壓仿真參數進行優化，以縮小回彈預測與真實值之間的差異。

由于汽車后車窗四周支柱具有通用特性、適度復雜性以及可用于沖壓分析的數據較多，因而以其為例進行研究。首先，利用LS-Dyna軟件建立了后支柱的有限元模型，選用日本工業標準規定的CR05鋼材。然后，在有夾具和沒有夾具兩種條件下，對相關仿真參數進行分析，并利用六西格瑪設計方法進行優化。在對有限元模型進行網格劃分時，需要權衡預測精度與計算時間。網格劃分越細，預測精度越高，計算時間也越長。文中采用了自適應網格劃分的方法，在板件形狀變化較大的區域采用盡可能小的網格，而其它區域設定網格尺寸約為2～2.5mm。模擬時，改變滑動接觸懲罰系數、模具偏移以及積分點個數，以分析這些仿真參數對信噪比的影響。仿真結果顯示：①將滑動接觸懲罰系數設定為恒定值0.1，通過引入一個補償因子可以提高預測精度；②待沖壓板材和模具之間的偏移應當保持在適當的值，偏移過小可能引起沖壓模具損壞，偏移過大使沖壓板件起皺、屈曲；③積分點個數越高，精度越多，但計算時間也越長，需要針對不同的沖壓件進行選擇。

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

編譯：王祥