文 献 综 述
摘要：本文先介绍了课题的研究背景关于拉深成形的有限元分析国内外研究现状。通过阅读相关文献，分析铝合金扇尾板拉深成形的特点和成型过程中可能会产生的缺陷，并提出解决方法。
关键词 有限元分析 拉深成形 铝合金扇尾板 缺陷分析
- 研究背景
随着石油，天然气这些不可再生资源的日益枯竭，加上全球气候的变暖，各国加大了环境保护力度，环境问题迫在眉睫。而使用更加轻量的材料生产汽车零件，可以有效减少能源的消耗。在所有的材料中铝合金凭借其耐腐蚀形和良好的力学性能，进入大众的视野。铝合金密度仅有钢的1/3，其良好的发展前景使其受到学者们的青睐，在冲压成形件中被越来越广泛的应用。冲压成形工艺是现代制造业非常重要的一环，被广泛应用于汽车总装、航空航天、兵器制造等领域，并且随着先进制造,智能制造等逐渐深入板料成形领域, 产品个性化、控制智能化、工艺多样化的板料成形将会成为未来发展的新趋势。
2.国内外研究现状
目前国际上先进板料成形工艺有热冲压、充液拉深、旋压、激光成形、多点成形、电磁成形等[1]，而复合冲压、微细冲压、智能化冲压、绿色冲压等高新技术也向我们展示了冲压加工极具魅力的新领域[2]。板材的拉深成形过程对产品制造周期，成本，质量有重要的影响，如果没有选取合理的工艺参数使零件冲压成形，制件就会出现如起皱、断裂、回弹等缺陷并造成产品的不合格[3]。压边力、拉深力、模具结构、润滑剂等多种因素都会影响板料拉深成形效果[4]，因此如何优化这些参数是提高拉深成形质量的关键。这些近年来，随着CAE仿真技术和有限元分析方法的的发展完善，已经不再是只能在实验室里进行物理实验，基于计算机仿真、数值模拟可以完整呈现出模具与板材之间的运动变形过程，并通过Dynaform等软件，改变拉深过程中的参数，可以寻找到最优的工艺参数，从而优化拉深成形的工艺。国外基于数值模拟的拉深成形的研究比国内起步早，具有一定的优势。日本的Manabe[5]等人分析研究了变量凸模速度（SPD）控制以及压边力(BHF)控制对应变速率敏感材料的影响，开发出一种新的基于BHF和SPD交替可切换系统的简单控制方法，用于拉伸中的组合控制。在钣金加工行业中，人们对具有高强度的薄板材料的需求日益增长，但高强度和低延展性限制了使用最先进的技术（剪切，弯曲，压花或深冲）来进行加工，Christian Brecher[6]等人将激光辅助预热和传统冲压技术相结合，开发了一种新的混合技术，可以在加工过程中以高质量和高复杂性技术，剪切，弯曲，压花和拉伸高强度材料。
伺服技术是利用伺服电机来改变在冲压成形、开卷落料等生产过程中的运动速度及轨迹, 达到提高产品拉深成形性能、提升产品质量的目的，但在国内目前还处于初期阶段, 尤其在伺服运动曲线方面。朱梅云[7]等进行了基于伺服技术的板材冲压成形性研究，实现通过改变冲压成形中的运动轨迹来提高冲压成形性能的目的。李浩、王强[8]等人提出了一种用于常规拉伸过程的新型电磁压边系统，用相互吸引的电磁力（EMF）替代机械或液压的压边力。在数值模拟算法的优化方面，我国也进行了许多研究。徐虹[9]等针对某轨道客车顶端板拉深成形存在的缺陷, 运用数值模拟分析不同因素对板料拉深回弹和翘曲的影响规律,并提出优化补充造型和翼边反向拉深的控制方法。卿启相[10]提出采用拉丁方试验设计方法进行样本数据设计,同时将Kriging插值引入到板料成形优化设计的复杂系统中。熊文韬[11]等人基于GS理论和神经网络遗传算法函数寻优，有效有效提高板料成形性能。黄立[12]将中心复合试验、高斯过程回归和改进多目标遗传算法相结合,建立了完整的钣金成形工艺参数多目标优化技术体系。由Solfronk和Sobotka[13]对轿车拉延类覆盖件的成形性的研究, 主要针对拉延成形中出现的成形不足、起皱及开裂等诸多问题, 表明合理的拉延筋参数、摩擦系数和压边力大小可以有效改善其拉延成形的质量，于是王新宝[14]等人在此基础上又采用改进的粒子群优化BP算法，建立拉延筋映射模型，与单纯采用PSO-BP建立的映射模型对比，预测精度大幅提高，并采用粒子群算法对映射模型进行优化，得到最优拉延筋阻力。
随着越来越多国家对可持续发展、资源节约的要求提高，汽车对车身轻量化、耐腐蚀性能的要求也增加，使得铝合金冲压件被越来越多的应用，因此本课题首先选取了铝合金扇尾钣金件作为研究起点，采用Dynaform进行数值模拟分析，通过改变模具圆角半径、拉延筋参数、润滑、压边力、冲压速度等参数，找寻优化铝合金扇尾钣金件冲压成形工艺的途径。
3.铝合金扇尾板拉深成形的特点
近年来，对板金拉深加工的大部分研究是针对轴对称形状的成形性能进行研究的，但是很少有关于非轴对称形状的可成形性的具体报道。本课题首先选取了简单的铝合金不规则形件——难成形扇形浅盒件作为研究起点。它属于非轴对称浅盒件，是研究复杂几何形状件的冲压成形工艺的基础。在生产过程中，由于它是复杂的难成形件，其拉深工序件厚度容易出现严重不均匀，降低了工件的成形性能。另一方面，铝合金与钢板相比，总延伸率、各向异性指数、杯突值都较小，成形极限低于钢板，成形难度更高。
