基于回彈控制的板料成形工藝優化方案分析

摘 要：回彈是汽車覆蓋中最為嚴重的一種缺陷，因此尋找一種合理的設計方案成為了重要任務。針對回彈控制的板料問題展開分析，通過分析確立了將多目標優化作為基礎，實施具有綜合評判性質的回彈檢驗方式；同時利用試驗設計技術以及響應面等方式，與LS-DYNA關鍵字文件結合，一同建立起回彈控制成形工藝參數相應的集成優化模型，同時也對變壓邊力以及拉延筋力給回彈帶來的影響進行了相應的分析，旨在在不斷的分析中確定相應的優化方案。

關鍵詞：板料成形工藝；回彈控制；優化方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.028

在汽車覆蓋成形中，回彈是一種最為重要的、潛在的缺陷之一，回彈的存在給汽車覆蓋帶來了極大的消極影響，如由于回彈缺陷的存在汽車覆蓋的尺寸精度會不斷的下降，給汽車裝配精度帶來影響，給汽車的試模與調磨工作帶來壓力；同時也給汽車的整體外形與美觀程度帶來了消極影響。另外，目前隨著科技的發展，在汽車制造中必須要考慮其安全性與重量，為此當前已經有大量的鋁合金板和高強度板被使用，由于材料的特殊性使得回彈問題更加嚴重，該問題急需被解決。

1 控制的板料優化算法、策略與集成分析

在對控制的板料優化過程成中，完成有限模擬往往需要較長的時間，而應用對代理元模型即響應面模型不斷優化方式能夠在節省時間的基礎之上，實現提升計算效率的目的[1]。與此同時，也可以在初步優化的過程中，應用試驗設計的方式優化設計變量，從而將后續優化的初始優化點確定下來，那么具體優化策略與步驟應為：

首先，采用優化的拉丁超立方技術優化設計變量中實驗方案，并且實施組合工作，同時利用優化試驗方案，確保在設計空間中試驗方案能夠均勻的分布，以實現能夠通過少的試驗次數得到更多的信息的目標。

其次，在進行矩陣有限元模擬自動優化計算過程中，可以利用優化的拉丁超立方試驗進行設計，對目標函數的最小二乘法回歸求出響應面的待定系數，從而建立起具有優化性質的代理元模型。

最后，在對響應面模型展開優化計算的過程中，可以應用多目標遺傳算法進行優化，在得到相應優化解集的基礎之上，確定最優的目標函數。另外也可以利用有限元模擬展開對比驗證，從而得到最優解。本文研究中的多目標優化算法主要采用的是Pareto優化解集中NSCA-Ⅱ非支配排序遺傳算法[2]，這種算法能夠適用于多種形式的優化設計，如非連續、高度非線性的多目標問題優化等等。本文研究中應用的算法是小生境分組技術進行計算，通過該種計算方式能夠在可行設計空間內獲得均勻分布的候選解集，從而實現增加群體多樣性的目的；這種計算方式也能夠提升個體選擇的效率，確保各項參數計算的精準度，為汽車覆蓋的設計提供相應保障。獨立優化算法與獨立有限元分析工具是本文中優化集成應用的兩種工具，同時利用中間文件與自編程序完成相應信息傳遞工作。

2 基于回彈控制多目標優化分析

首先，建立有限元模型，本文研究的車頂蓋內加強板有限元模型，尺寸在980mm×130mm×35mm范圍之內，厚度大約在0.8mm，使用強度較高的模板材料，無論在泊松比例方面還是在硬化指數方面，其值都比較高。工作人員還需要給予工件毛坯高度重視，通常情況下所使用的工件毛坯需要展開有限元離散化處理工作，劃分網格單元，用BT殼單元綜合計算單元模型的精度與效率；在材料模型方面使用三參數Barlet模型，并且對各向異性給回單帶來的影響進行全面了解，為參數確定奠定堅實基礎。在對工件展開分析的過程中，不需要將工件的整體取來進行分析，而是取一半工件進行分析即可，這樣一來不僅能夠有效的降低計算工作量，還能夠提升工作效率[3]，這與陽湘安，許曉安在《基于回彈控制的車頂蓋成形工藝優化》一文中有著極為相似的觀點。另外，在設計中也應用了等效拉延筋思想建立起了拉延筋模型，該模型具有分段建立的特點。

其次，對于拉延工藝而言，通常需要將一些主要工件成形的缺陷作為基礎，通過設置相應目標函數的方式，確定設計尺寸與深淺度。針對那些尺寸大、深度較淺的車頂蓋內所使用的加強板存在的最大缺陷問題便是回彈，所以工作人員在變壓邊的過程中，為了避免局部材料出現流動問題，可以利用設置拉延筋的方式固定局部材料，本文設計中根據實際狀況設置了3段拉延筋，如圖一所示，該圖為拉延筋位置設置圖，從圖中可見，拉筋1與拉筋3具有對稱性，因此可合為一個獨立設計變量，可將其拉延筋力系數定位Kd1，將拉延筋2系數定位Kd2。

將變壓邊中的壓邊力與壓邊時刻作為其他設計變量，將約束條件設為最大增厚率，同時也為最小減薄率，其目的在于避免出現起皺與開裂等問題，影響最終設計效果。針對6個變量中的二階幾何響應面，試驗次數至少要保證在10次以上，本文研究中安排了大約36次的試驗，同時利用最小二乘法計算方式將響應面系數求出，但是響應面的系數卻比較多，不利于觀察等工作的實施，因此工作人員應用了序列替代法將其中影響比較小的參數剔除，僅僅保留了影響較大的14項響應面系數，這為后續工作提供了極大的方便。

3 總結

回彈是汽車覆蓋形成中存在的最為主要的缺陷之一，回彈問題的存在會降低汽車覆蓋尺寸計算的精度等等，因此解決這一缺陷問題成為相關設計人員的重要工作。本文主要針對回彈控制的板料成形工藝優化方案設計展開分析，對板料以及回彈控制多目標優化進行深入研究，旨在提升相應參數計算精度與準確性，避免汽車覆蓋形成出現回彈缺陷問題，提升汽車覆蓋的整體設計質量。

參考文獻：

[1]陽湘安，阮鋒，周馳等.基于回彈控制的板料成形工藝多目標優化[J].華南理工大學學報（自然科學版），2010，38（12）：7-13.

[2]陽湘安，阮鋒，許曉安等.板料回彈控制的成形工藝面多目標優化[J].武漢科技大學學報（自然科學版），2011，34（03）：223-227.

[3]陽湘安，許曉安.基于回彈控制的車頂蓋成形工藝優化[J].鍛壓技術，2011，36（03）：144-147.

作者簡介：王洪芬（1980-），女，吉林德惠人 ，碩士研究生，講師，研究方向：機械制造。