空调钣金结构优化设计及冲压成形仿真

摘要

进入21世纪，家用空调行业在中国得到迅速发展，产销量大幅增长，企业竞争力不断增强。伴随着占有率的争夺，各大空调商都采取价格战来争夺市场，使得空调的净利率越来越少。空调钣金件是家用空调的重要组成部分，并在空调中占有很大的比重。随着原材料(钢板)及其运输费用的进一步上涨，如何进一步降低空调钣金件的厚度来提高空调的净利润成为国内各大空调制造商急需解决的难题。
　　 降低空调钣金件的厚度，又能在承受相同的载荷作用下保证钣金件的强度刚度要求，通常需对空调钣金件内部结构进行优化。优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新兴学科，在结构设计中采用优化方法，可以提高设计质量，加快设计速度。优化设计能最合理的利用材料特性，使结构内部各单元得到最好的协调，并具有规范的安全度。
　　 本文针对某款家用空调产品，通过优化空调外机板的内部结构来减薄低板的厚度，并使其满足空调外机板的使用性能。首先在Pro/E环境下完成空调外机板的三维建模后，运行Pro/M对其进行有限元分析，得出外机板的应力分布状况，并进行静态灵敏度分析，选取主要优化参数。借助ANSYS Workbench协同仿真环境中CAD与CAE参数双向同步传输功能，建立了与空调外机板的Pro/E模型参数同步更新的有限元模型。在ANSYS Workbench中选取Pro/E中导入的主要参数作为输入变量，建立以应变和质量为目标函数的多目标、多变量优化模型。通过综合分析优化目标，得出空调外机板内部结构的优化方案。
　　 空调外机板是成形工序多且形状较复杂的冲压件，要求零件表面平整，无破裂、翘曲、起皱等缺陷，同时保证与其他零部件的配合。针对优化后的空调外机板，利用冲压成形仿真软件DYNAFORM对其进行数值模拟，预测可能出现的问题或缺陷，为优化冲压工艺方案及模具设计参数等提供理论依据。仿真结果表明，合理选择冲压成形工艺参数可以最大化的发挥材料变形潜能，减少板料成形质量问题。