汽车侧围外板结构及其冲压工艺优化设计

摘要

20世纪70年代至今，计算机技术和先进制造技术(CAD/CAE/CAM)得到迅速发展，汽车设计进入数字化时代。利用相关软件就可完成虚拟造型、虚拟结构设计、虚拟分析、虚拟试验和虚拟制造等车身开发设计工作。这些发展带动车身设计方法有了新的突破。目前使用最广的车身设计方法是绿色设计。在继承DFX概念的基础上，绿色车身设计方法包括面向多种设计的工具，如面向拆卸的设计DFD（DesignforDisassembly）、面向回收的设计DFR(DesignforRecycling)、面向制造的设计DFM(DesignforManufacturing)、面向装配的设计DFA(DesignforAssembly)。无论多先进的理念，多强大的功能，都要能够制造成产品才能体现其价值，因此不管车身设计技术如何发展，都必须在结构设计过程中考虑产品的可制造性。基于这样的理念，车身设计中出现一个新的名词——冲压同步工程分析（SimultaneousEngineering，简称SE），即在车身开发的初始阶段就全面考虑产品在工艺、模具制造、生产等环节可能遇到的各种问题，同步地进行车身设计及工艺可行性分析。这样不仅能够提高产品设计质量，降低成本，增加可制造性，还能有效缩短整车开发周期。
　　 本文以某车型的侧围外板作为研究对象，对冲压同步工程在侧围外板开发过程中的作用做了研究，重点进行了侧围外板的结构及冲压工艺参数的优化设计。
　　 首先在介绍冲压同步工程分析及数值模拟技术的基础上，重点研究了覆盖件结构特征元素与冲压成形性之间的关系，并探讨了冲压工艺设计时应考虑的关键问题。
　　 紧接着介绍了冲压同步工程分析在侧围外板结构优化设计中的具体应用。首先在分析了侧围的结构、形状特点、精度及装配等要求的基础上，设计侧围的拉延模具型面，并采用Autoform进行冲压成形模拟。通过修改工艺补充及调整工艺参数，解决了因工艺问题造成的质量缺陷，获得最佳的模拟结果。然后依据同步工程分析，对影响侧围成形性的结构特征进行详细地更改说明。最后根据所提出的变更建议进行侧围外板的结构优化设计。
　　 在完成结构优化之后，本文采用基于二阶响应面的方法对优化后的侧围外板拉延成形工艺进行稳健优化设计。首先以最大减薄率作为质量评价指标，利用正交试验研究凸凹模间隙、压边力、凹模圆角半径、凹模与板料摩擦系数和凸模与板料摩擦系数对侧围冲压成形性的影响，确定关键因素为凸模与板料的摩擦系数和凹模与板料的摩擦系数，非关键因素（即噪声因素）为压边力、凹模圆角半径、凸凹模间隙。接着对关键因素实行编码变换，再次进行新的正交试验，建立二阶响应面模型。通过拟合模型的方差分析验证响应面模型的合理性，得出关键因素在噪声因素影响下的稳健优化设计方案。最后通过模拟试验再次验证该稳健方法的合理性及稳健性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 汽车车身设计及冲压工艺的国内外发展状况

1．2．1 汽车车身设计的国内外发展状况

1．2．2 汽车覆盖件冲压工艺概述

1．2．3 汽车覆盖件冲压同步工程概况

1．3 车身覆盖件冲压成形中有限元仿真技术的发展及应用

1．4 本文研究思路及内容

第二章 汽车覆盖件冲压成形性与结构特征

2．1 汽车覆盖件冲压成形性

2．1．1 汽车覆盖件冲压变形分析

2．1．2 冲压成形特点及质量衡量指标

2．1．3 汽车覆盖件冲压成形工艺

2．2 汽车覆盖件冲压成形性与结构特征元素之间的关系

2．2．1 汽车覆盖件结构特征元素

2．2．2 汽车覆盖件结构特征元素的冲压成形性

第三章 冲压同步工程在侧围外板结构优化设计的应用

3．1 侧围外板产品结构及分析

3．2 侧围外板冲压同步工程分析

3．2．1 侧围外板初步冲压成形性分析

3．2．2 侧围外板成形工艺分析

3．2．3 侧围外板冲压拉延工艺模具型面设计

3．2．4 冲压成形模拟仿真

3．3 侧围外板结构优化设计

第四章 侧围外板冲压成形工艺稳健优化设计

4．1 稳健设计简介

4．1．1 稳健设计

4．1．2 基于响应面模型的稳健优化设计

4．2 侧围外板冲压拉延成形工艺的稳健优化设计

4．2．1 试验因素与水平的确定及指标选择

4．2．2 关键影响因素的筛选

4．2．3 正交试验的极差分析

4．2．4 正交试验的方差分析

4．2．5 二阶响应面模型的建立与优化

4．3 稳健优化设计结果分析及验证

4．4 结论

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及其他科研成果