基于AutoForm的冲压覆盖件减薄率影响因素的正交试验分析及应用

　　摘 要：本文通过AutoForm软件对冲压成型过程中的影响因素设计正交试验展开分析，对实验结果减薄率进行极差和方差分析，得出减薄率影响因素的作用效果依次是：摩擦力系数、拉延槽R、气垫压力、 板料尺寸、拉延筋R。根据实验结论对稳定的量产品质提供了理论依据，也给模具调试工作带来了便利。

　　关键词：AutoForm；正交试验；方差分析

　　中图分类号：TG38 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2019）03-0064-04

　　Abstract： In this paper， the influence factors in the press forming process of AutoForm software are designed to analyze the orthogonal test. The results of the thinning rate of the experimental results are analyzed by range and variance. The effects of the factors affecting the thinning rate are： friction， Drawing groove R， air cushion pressure， sheet size， drawbead R. According to the experimental conclusion， it provides a theoretical basis for the stable quantity of product quality， and also brings convenience to the mold debugging work.

　　Key Words： AutoForm； Orthogonal Test； Analysis of Variance

　　引言

　　近年來各大品牌汽车厂家件为了提升汽车的外观商品性[1]，越来越追求复杂的外观造型设计，而这些复杂的外观造型设计，往往不利于冲压成型，拉延开裂便是常见的零件缺陷。

　　AutoForm是目前世界上常用的冲压模拟仿真软件，其贴近生产实际的参数输入端口，以及较高的结果预测精度，使其在汽车模具开发上得到广泛的应用。本文应用AutoForm软件，分析拉延开裂的各因素的影响效果 ，解决汽车模具安装调试过程中常见的拉延开裂问题，缩短模具调试周期，而且为后期安定化生产提供理论据。

　　1 正交试验简介及设计

　　冲压覆盖件拉延开裂的影响因素比较多 ，根据常用的模具安装调试方法，总结影响因素有：压边力，摩擦力系数，压边圈上拉延槽凸R值，上模拉延筋R角以及材料尺寸等等。模具安装调试过程中，发生拉延开裂，往往是依靠模具工程师的经验来调整，具体每个因素的影响力是不清楚的。如果需要对以上5个因素的影响力展开全面的调查，那么就需要45次试验， 试验次数非常多。

　　正交试验是一种以统计学、概率学为依据的科学高效的实验手段[2]，它通过规范的正交表来对多因素安排试验点，极大的缩小了试验次数，而且来自不同因素的水平互相耦合，提高了试验的全面性[3]。

　　1.1 拉延数模处理

　　图1所示是某车型顶棚的拉延工艺数模[4]，工艺设计时其前部、两侧拉延筋均为方形筋，尾部拉延筋为圆筋，因为方筋基本不走料，产品造型基本靠模具型面胀形成型，方筋内材料减薄率不受外部因素干扰，基本不发生变化。通过AutoForm软件模拟分析，试验中通过调整直接影响顶棚尾部材料减薄率的尾部拉延筋形状及尾部板料尺寸，从而避免了顶棚周边材料对尾部的补充。

　　1.2 正交试验设计

　　本试验采取5因素4水平的试验方案，选择L16（45）的正交试验表，正交试验表设计见表1所示，考察5组因素的对减薄率的影响，为了减小试验误差 ，分别选取了顶棚尾部的A、B两处不同位置的减薄率来评价影响力效果。正交试验方案及结果见表2：

　　2 试验分析

　　极差分析法：当以上因素在各水平间改变时，对减薄率变化的最大值和最小值的差值称为极差，极差越大时候，说明该因素对减薄影响的贡献越大。对表2中的数据进行处理，将A处和B处的减薄率求平均值，然后计算得到各因素的极差，见表3。

　　从极差分析结果可知，以上5个因素对顶棚尾部减薄率的影响力顺序依次是：拉延槽R、摩擦力系数、气垫压力、板料尺寸、拉延筋R。通常极差分析具有简单明了、通俗易懂的特点，但是极差分析不能区分试验结果是否受因素与因素间的交互作用影响，还是受误差的影响较大，因此极差的分析结果仅供参考。

　　方差分析是通过将数据的变总平方和，分为组内和组间变差平方和，通过比较组内和组间的变差平方和来分析各因素对减薄率影响的显著性，如果组内的F值比组间的F临界值大，则说明该因素对拉延减薄率的影响是显著的，反之亦然。如表4所示的结果表明：

　　根据方差的分析结果，5组因素的F值比都是远大于F0.01，因此5组因素对顶棚尾部的减薄率的影响都是极显著的，根据各因素的F值比大小排序：影响力效果摩擦力系数最显著，其次是拉延槽R角，然后是气垫压力，最后是板料尺寸和拉延筋的R角。

　　3 调试应用

　　通常模具调试过程中，我们对减薄率的影响是望小原则[5]，越小的减薄率在模具量产化的生产中，品质就越稳定，不易产生废品 。根据各因素的极差分析，因素主效应图，如图2所示。在5组因素的离散水平中，当期望减薄率最小时，选出对应组合，再次使用AutoForm进行运算，得出相应的减薄率值，其该方案得出的减薄率是最小的，结果如表5：

　　另外根据方差分析的结果，不同的因素有着不同的影响力，了解这些规律，对于模具调试工程师具有重要的现实意义。对于汽车侧围外板、翼子板外板、门内板等深拉延件，为了保证后期量产品质的稳定性，在前期做冲压工艺分析阶段，往往会优先选择带高润滑膜的材料，来减小零件和模具的摩擦力系数，改善零件的减薄率，但是在调试模具期间，如果只是使用砂轮机打磨模具型面，而不进行抛光，减小摩擦力系数的话，板料会产生严重的开裂，可见摩擦力系数的影响力之重要。在模具早期调试阶段，如果发生零件开裂，打磨及放大模具压边圈上的拉延槽R角能起到立竿见影的效果。在量产过程中倘若发生小的开裂，可以通过降低气垫压力，或移动材料的定位架，减少开裂侧的材料尺寸，这两种方法来应对；在量产过程中如果发生暗裂，可以通过对上模拉延筋的R角进行精加工来解决。

　　4 结论

　　（1）通过AutoForm软件，制定正交实验对冲压覆盖件展开减薄率的统计学分析，得出了影响拉延减薄率的影响因素由大至小的顺序依次是：摩擦力系数、拉延槽R角、气垫压力、板料尺寸、拉延筋R角；

　　（2）通过各因素的主效应图优选出了最佳组合方案，使用AutoForm软件进行验证，减薄率确实为最小，为稳健的量产品质提供理论依据；

　　（3）通过正交分析实验得出的结论，在生产过程中指导模具调试技术人员，极大的缩短了模具的调试工时，提高了模具调试的成功率，产生了大量的经济的效益。

　　参考文献：

　　[1]马淑莉.车身冲压件的成型性与设计研究[J].科技资讯，2013，97-98.

　　[2]彭爱红.MiniTab软件在有重复实验中的正交试验设计中的应用[J]. 集美大学学报，2003，14（1）：111-114.

　　[3]周婷.基于AutoForm仿真的汽车立柱冲压工艺综合优化设计[D]. 镇江：江苏大学，2014.

　　[4]王屹峰.基于AutoForm的汽车冲压件工艺参数正交试验设计[J].汽车工程师，2014，2：33-35.

　　[5]向小汉.基于AutoForm的顶盖冲压成型仿真[J].汽车制作技术，2013，5：124-133.

　　陈革 王钧 马超 牛灵凯 陈方正