中圖分類(lèi)號(hào)：U466 收稿日期：2025-03-10 DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.06.024

Abstract：Thispaperexploresindepth theroleofstampingprocessparametersintheformingaccuracyofautomotiveshetmetal. Firstly，thestampingprocspametersaealyd，ndtespcificprocessfutomotivesettalfingaredesbden Adoptingadvancedparameteroptimiationteorproprateptimzatiomethodsreselectedbsedonuantitativeaalysisinally，bydesiggifalloablpalatntdtersde mentalresultsverifidtheefectivenessoftheparameteroptimizationstrategyandachievedsignificantresultsiimprovingforingac curacy.

Key words：Stamping processparameters;Automotive panel forming;Parameter optimization;Forming accuracy

1前言

汽車(chē)板件成形質(zhì)量關(guān)乎整車(chē)性能與品質(zhì)。隨著汽車(chē)工業(yè)發(fā)展，成形精度已成為生產(chǎn)關(guān)鍵。工藝參數(shù)調(diào)控對(duì)材料流動(dòng)、變形及成形精度至關(guān)重要[1]。本文研究沖壓工藝參數(shù)的優(yōu)化，特別是關(guān)鍵參數(shù)的量化，并采用先進(jìn)優(yōu)化理論，結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析，探討其對(duì)成形精度的影響。同時(shí)詳述模具間隙、壓邊力等參數(shù)，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)比了不同參數(shù)下成形效果，建立起參數(shù)與成形精度的定量關(guān)系。

2沖壓工藝參數(shù)概述

2.1沖壓工藝參數(shù)分析

表1列出了沖壓工藝相關(guān)參數(shù)。在分析沖壓工藝參數(shù)對(duì)汽車(chē)板件成形精度的影響時(shí)，需要研究關(guān)鍵工藝參數(shù)的量化表征。參考如下公式：

F=k×s×l×t

式中， k 為材料的應(yīng)力強(qiáng)度系數(shù)； s 為板材接觸面積；為與成形質(zhì)量直接相關(guān)的切線長(zhǎng)度； Ψ_tΨ_t 為板件的厚度[2]。采用DOE方法調(diào)控參數(shù)，結(jié)合RSM構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，通過(guò)迭代優(yōu)化確定最優(yōu)參數(shù)組合，能顯著提升汽車(chē)板件成形精度。

2.2汽車(chē)板件成形工藝

a.材料選擇：綜合考慮強(qiáng)度、韌性、可成形性及成本，選擇適合的金屬材料，如低碳鋼、高強(qiáng)度鋼或鋁合金。

b.工藝設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)成形方案，確定沖壓方向，設(shè)置工藝補(bǔ)充面及壓料面，確保成形精度與表面質(zhì)量。c.設(shè)備配置：根據(jù)板件尺寸與成形要求，選用合適的沖壓設(shè)備（如機(jī)械壓力機(jī)），確保設(shè)備剛度和精度。d.模具設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，考慮材料特性與熱處理方式，確保模具壽命與成形質(zhì)量。e.參數(shù)優(yōu)化：利用遺傳算法等方法，對(duì)沖壓速度、模具間隙等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提升成形精度。

f.成形過(guò)程監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)控模具間隙、壓邊力等參數(shù)，通過(guò)傳感器與控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

g.質(zhì)量檢驗(yàn)：依據(jù)設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)板件尺寸精度、表面質(zhì)量及材料性能，確保符合規(guī)范[3]。

3參數(shù)優(yōu)化理論與方法

3.1參數(shù)優(yōu)化理論

在沖壓工藝中，參數(shù)優(yōu)化理論是提升汽車(chē)板件成形精度的關(guān)鍵。工藝參數(shù)主要包括沖壓速度、模具間隙、材料特性和溫度條件等。這些參數(shù)對(duì)成形過(guò)程中的應(yīng)力分布、變形路徑和最終產(chǎn)品的幾何精度具有顯著影響。研究表明參數(shù)優(yōu)化理論在沖壓工藝中通過(guò)綜合考慮材料特性、工藝條件及其相互作用，能夠顯著提升汽車(chē)板件的成形精度和生產(chǎn)效率。

3.2優(yōu)化方法應(yīng)用

沖壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化流程包括定義參數(shù)、建立模型、選擇算法、優(yōu)化參數(shù)、模擬驗(yàn)證等步驟。優(yōu)化中采用“參數(shù)優(yōu)化算法”代碼單元，運(yùn)用遺傳算法等技術(shù)，考慮邊界限制，輸出最優(yōu)參數(shù)及目標(biāo)函數(shù)值，并記錄于優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比表，以評(píng)估優(yōu)化效果[4]，如圖1所示。

沖壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化流程通常包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

a.定義沖壓成形工藝參數(shù)：確定影響沖壓成形過(guò)程的關(guān)鍵工藝參數(shù)，如模具間隙、壓邊力、沖壓速度、材料特性等。b.建立工藝參數(shù)模型：根據(jù)沖壓成形理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立工藝參數(shù)與成形質(zhì)量之間的數(shù)學(xué)模型，如物理模型、經(jīng)驗(yàn)公式或有限元分析模型等。c.選擇優(yōu)化算法：選擇合適的優(yōu)化算法，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化、模擬退火等，用于搜索最優(yōu)的工藝參數(shù)組合。d.評(píng)估是否滿(mǎn)足節(jié)能要求：在優(yōu)化過(guò)程中，考慮節(jié)能要求，評(píng)估當(dāng)前工藝參數(shù)組合是否能夠在保證成形質(zhì)量的同時(shí)，降低能耗。

e.優(yōu)化沖壓成形工藝參數(shù)：使用選定的優(yōu)化算法，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以找到能夠同時(shí)滿(mǎn)足成形質(zhì)量和節(jié)能要求的最優(yōu)參數(shù)組合。

f.確立最優(yōu)參數(shù)：根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，確立最優(yōu)的工藝參數(shù)組合[5]。g.模擬沖壓過(guò)程：使用有限元分析或其他數(shù)值模擬方法，對(duì)優(yōu)化后的沖壓過(guò)程進(jìn)行模擬，以驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的可行性和有效性。h.評(píng)估結(jié)果和完善：對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，檢查是否滿(mǎn)足成形質(zhì)量和節(jié)能要求。如果不滿(mǎn)足，返回優(yōu)化步驟，調(diào)整優(yōu)化算法或模型，進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

參數(shù)優(yōu)化前后的對(duì)比如表2所示。

4成形精度影響實(shí)驗(yàn)

4.1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

a.實(shí)驗(yàn)材料：選用符合汽車(chē)板件成形要求的材料，如低碳鋼、高強(qiáng)度鋼等。b.實(shí)驗(yàn)設(shè)備：使用先進(jìn)的沖壓設(shè)備及配套模具，確保實(shí)驗(yàn)條件的一致性[6]。c.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。① 參數(shù)選擇：根據(jù)前期研究，選取模具間隙、壓邊力、沖壓速度、材料彈性模量、屈服強(qiáng)度等關(guān)鍵工藝參數(shù)作為實(shí)驗(yàn)變量。② 水平設(shè)定：為每個(gè)參數(shù)設(shè)定合理的水平范圍，以全面探究其對(duì)成形精度的影響。③ 實(shí)驗(yàn)安排：采用全因子設(shè)計(jì)或部分因子設(shè)計(jì)，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性[7]。

d.實(shí)驗(yàn)步驟：

① 按照設(shè)定的參數(shù)水平進(jìn)行沖壓實(shí)驗(yàn)，記錄每次實(shí)驗(yàn)的成形精度數(shù)據(jù)。② 利用數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，探究各參數(shù)對(duì)成形精度的影響規(guī)律。③ 結(jié)合響應(yīng)面方法（RSM）構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，通過(guò)迭代優(yōu)化確定最優(yōu)參數(shù)組合。

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)表3中實(shí)驗(yàn)組工藝參數(shù)及成形精度的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)模具間隙和壓邊力是影響汽車(chē)板件成形精度的關(guān)鍵參數(shù)。隨著模具間隙的增大（EXP-01至EXP-04），成形精度先降低后趨于平穩(wěn)（從 75μm 降至65μm ，然后略有回升）。這表明適當(dāng)增大模具間隙可以減少材料在成形過(guò)程中的回彈效應(yīng)，從而提高成形精度。然而，當(dāng)模具間隙過(guò)大時(shí)（如EXP-04的 0.28mm ，可能會(huì)導(dǎo)致材料流動(dòng)不均勻，反而降低成形精度。最小值出現(xiàn)在EXP-04（模具間隙 0.28mm ），但考慮到整體趨勢(shì)和穩(wěn)定性，較優(yōu)的模具間隙范圍可能在 0.18～0.22mm 之間（如EXP-06至EXP-07），此時(shí)成形精度相對(duì)較高且穩(wěn)定[8]。

壓邊力也是影響成形精度的重要因素。在實(shí)驗(yàn)中，隨著壓邊力的變化（如EXP-02的 780kN 至EXP-03的820kN， ，成形精度呈現(xiàn)波動(dòng)。當(dāng)壓邊力適當(dāng)時(shí)（如EXP-02的 780kN ，成形精度較高（ 80μm 。然而，過(guò)大的壓邊力（如EXP-03的 ）可能導(dǎo)致材料過(guò)度流動(dòng)，產(chǎn)生皺褶或裂紋，從而降低成形精度（ 70μm [9]最優(yōu)的壓邊力設(shè)置需要根據(jù)具體材料和成形條件進(jìn)行精確調(diào)控，但一般而言，保持適當(dāng)?shù)膲哼吜梢杂行岣叱尚尉取?/p>

材料彈性模量、屈服強(qiáng)度、板料厚度、摩擦因數(shù)和成形速度等參數(shù)雖然對(duì)成形精度也有一定影響，但其影響程度相對(duì)較小，且往往與模具間隙和壓邊力等關(guān)鍵參數(shù)相互作用[10]。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控沖壓速度、模具間隙、材料厚度及潤(rùn)滑條件等關(guān)鍵參數(shù)，旨在提升成形質(zhì)量和精度。本文優(yōu)化過(guò)程嚴(yán)謹(jǐn)，采用有限元分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式，得出最佳參數(shù)組合：沖壓速度 300mm/s， 模具間隙 1.2t， 潤(rùn)滑劑選用D系列，配合 1.5mm 高強(qiáng)度鋼板及 1500kN 壓力控制，使成品合格率達(dá) 97.5% ，厚度公差降至 ± 0.1mm ，生產(chǎn)效率提升 15% ，成本降低 10% 。此外，模具設(shè)計(jì)角度調(diào)節(jié)至 10^° ，進(jìn)一步降低應(yīng)力集中，提升材料流動(dòng)均勻性。這些優(yōu)化措施不僅提高了成形精度和一致性，還為汽車(chē)制造領(lǐng)域提供了可持續(xù)的工藝改進(jìn)方向和實(shí)用案例，助力提升車(chē)輛產(chǎn)品的整體質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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作者簡(jiǎn)介：沈冰，女，1988年生，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化、職業(yè)教育。