汽车后轮罩是常见的大型汽车覆盖件之一，可以起到汽车车身防护的作用。 本文基于 AutoForm 有限元分析软件对汽车后轮罩进行冲压模拟分析，预测成形过程中可能出现的起皱、拉深不足等失效形式，并以板料的最小厚度为指标，通过正交试验的分析方法对工艺参数进行优化， 确定优选的工艺参数组合， 并实际生产了成形性良好的汽车后轮罩。

1 有限元三维模型的建立

本文通过使用三维设计软件 CATIA 建立汽车轮罩几何模型， 其整体尺寸为 1555 mm×402 mm× 570mm， 并利用 CATIA 将各曲面片体拼接或缝合成整体的复合曲面，同时保存为“*.igs”格式再导入到 AutoForm 中。 采用 DC04 冲压用钢进行模拟，板料厚度为 1.5mm，材料的性能如表 1 所示。

汽车后轮罩具有结构尺寸大、厚度薄、精度高、拉深高等特点， 结合零件的特点确定生产零件的工艺方案为：落料→拉深→修边、冲孔。 在实际生产过程中，汽车后轮罩成形需要经过落料、拉深、修边、冲孔、翻边等多道工序，其中拉深过程对汽车后轮罩的成形质量影响最大。 由于拉深后的汽车后轮罩容易产生起皱、破裂、回弹等缺陷，并影响后续成形质量，因此，拉深成形的过程是本文研究的重点。

AutoForm 对导入其中的汽车后轮罩进行自适应网格划分，确定模具网格的容错误差为 0.05mm，最大边长值为 30mm。 AutoForm 有限元数值模拟基本流程：①确定单动拉深的冲压模式，以不存在冲压负角为原则确定冲压方向； ②对汽车后轮罩进行空洞填充；③利用添加截面线的方式设计压料面；④设计工艺补充；⑤沿着分模线向外扩大 40mm 设置等效拉深筋； ⑥利用基于全增量理论的有限元算法逆向求解初始板料尺寸，确定板料的尺寸为 1980mm×780mm。 拉深工具的初始位置如图 1 所示。

 2 试验结果与讨论

 2.1 冲压工艺参数的设定

首先对工艺参数进行初选， 研究各因素对零件减薄率的影响趋势。 在汽车后轮罩的冲压成形过程中，压边力、凸凹模间隙、摩擦系数等工艺参数对零件的成形质量发挥着至关重要的作用。 合适的压边力可以有效保证拉深过程的顺利进行， 在初始模拟过程中，压边力选取按经验公式：

F=σ_s×t×L

式中：σ_s 为材料屈服强度；t 为板料厚度；L 为分模线长度。通过计算求解的压边力为 900kN。凸凹模间隙一般是由 Z/2=（0.9～1）t（拉深精度要求较高的零件）和 Z/2=（1～1.1）t（拉深精度要求一般的零件）进行选取。 当凸凹模间隙过小时，板料所受到的拉深力和摩擦力较大，容易导致覆盖件在拉深过程中断裂，影响模具的寿命；当凸凹模间隙过大时，汽车后轮罩的成形质量较差。 因此，本文选取 1 倍的板料厚度 1.5mm 为凸凹模间隙。 摩擦系数一般通过润滑油进行调节，根据生产实际和 AutoForm 软件模拟需求设置摩擦系数为 0.17。冲压速度将影响的生产效率，一般选择冲压速度为 1000mm/s。

  2.2工艺参数对成形质量的影响

在汽车后轮罩的冲压模拟过程中， 选取确定的工艺参数，采用控制变量的方法研究不同压边力、凸凹模间隙、摩擦系数对零件厚度变化的影响。

图 2 为各因素对板厚最大减薄率的影响。 由图 2（a）可知，当其他条件相同时，随着压边力的增大，板料的厚度逐渐减小。 当压边力在 700～1000 kN 时， 汽车后轮罩的厚度变化不明显， 当压边力超过 1000kN 时，厚度变化量急剧增大。 由图 2（b）可知，随着凸凹模间隙的增大， 板料的最大减薄率先增大后减小，在 1.65mm 时达到最大（23.20%）；当凸凹模间隙超过 1.65mm 时，随着凸凹模间隙的增大，板料的最大减薄率逐渐降低。 由图 2（c）可知，摩擦系数对板料厚度的影响较大。随着摩擦系数的增大，板料的厚度逐渐变小，当摩擦系数增大到 0.21 时，材料的最大减薄率超过了 30%， 容易产生破裂的风险，不符合冲压工艺的要求。

 2.3正交试验方案设计

         在实际生产过程中，汽车后轮罩的冲压成形效果并不取决于单个因素，而是由多个因素共同决定在实际生产过程中， 汽车后轮罩的冲压成形效 的，一般认为汽车覆盖件的最大减薄率不超过30%即为合格。 为了使汽车后轮罩获得最佳的成形效果，在研究单个工艺参数的基础上，利用正交试验法对多个因素进行科学安排和分析，获得优选工艺参数组合。 本次试验在研究压边力、摩擦系数、凸凹模间隙对后轮罩最大减薄率影响的基础上， 增加冲压速度、拉深筋宽度作为试验因素，将每个因素选取4 个水平，采用标准正交表 L₁₆，因素水平表如表 2 所示。 本次试验以模拟冲压后的最小厚度作为评价指标，确定影响汽车后轮罩拉深成形的 5 个工艺参数的主次顺序，正交试验方案与结果分析如表 3 所示。

3 试验结果分析

将正交试验的结果进行极差处理，K=ΣK_ij （i=1，2，3，4；j=A，B，C，D，E）；k=ΣK_ij（i=1，2，3，4；j=

A，B，C，D，E）；R_j=k_max-k_min， 正交试验结果的极差分析如表 4 所示。 以最小厚度为评判指标的各因素影响的主次顺序：C>B>A/E>D， 其中摩擦系数对最小厚度的影响最大， 拉深筋宽度对最小厚度的影响最小，此时的优选工艺方案为 C1B3A1E2D1（摩擦系数 0.13、冲压速度 1500mm/s、压边力 800kN、凸凹模间隙 1.35mm、拉深筋宽度 16mm）；运用 AutoForm 有限元分析软件对上述工艺方案进行模拟， 以最小厚度为指标的优选工艺方案（C1B3A1E2D1）最大减薄率为 22.56%，符合预期成形质量。 通过将方案的成形性云图、成形极限图 FLD、减薄率云图等进行比较，优化后的成形云图和 FLD 如图 3 所示，因此选定 C1B3A1D1E2为最终成形方案。并将此方案进行实际冲压， 得到了如图 4 所示的成形性良好的汽车压力之前的接触传热等客观因素导致的。

对于双层结构向水中传热的模型利用模拟和实验相结合的手段求解相对可行， 能够解决内管温度在胀接过程的变化无法理论计算又不方便测量的问题。 基于部分假设条件进行的热液压的理论分析和计算推导和制定的热水压的工艺原理图, 能够有效地指导工业生产。

4 结论

和实验相结合的手段求解可行， 能够解决内管温度在胀接过程的变化无法理论计算又不方便测量的问题。