一、前言
 
 板料拉深成型是一個高度非線性塑性變形過程，成型過程中的主要缺陷是起皺和拉裂。影響板料成型質(zhì)量的因素有壓邊力的大小、凸凹模圓角半徑、拉深材料機械性能、拉深模具參數(shù)、摩擦潤滑條件及板坯形狀和大小等。其中，壓邊力（BankHolder Force，BHF）的大小及加載方式對成型質(zhì)量有顯著影響，因此有效地控制壓邊力成為一種重要的工藝方法[1，2]。試驗表明，在拉深過程的不同階段對壓邊力參數(shù)進行合理的取值，并實現(xiàn)調(diào)整和控制，使之能隨起皺趨勢合理變化的變壓邊力技術(shù)[3]，已成為控制金屬板料塑性流動、充分發(fā)揮材料成型性能、防止起皺和拉裂的工藝手段之一。
 
 汽車矩形車燈拋物面反射鏡是典型的非軸對稱拉深件。由于其在成型過程中金屬材料的流動在各個階段是不一致的，如果在板料周圍施加相同的壓邊力，就容易導(dǎo)致某些部位起皺或拉裂，因此要求采用變壓邊力形式。本文應(yīng)用有限元數(shù)值模擬技術(shù)對汽車車燈反射鏡拉深進行了模擬，并且利用數(shù)值模擬結(jié)果和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進行優(yōu)化，獲得了適合該工序的最優(yōu)壓邊力加載曲線。
 
 二、有限元分析模型的建立
 
 有限元網(wǎng)格劃分的質(zhì)量對于后續(xù)成型計算分析的結(jié)果有很大影響，劃分的有限元網(wǎng)格應(yīng)盡可能反映出原曲面模型的形狀特征。本文選用美國EAT公司的板料成型有限元分析軟件DYNAFORM對模型進行曲面自動網(wǎng)格劃分，實現(xiàn)了對網(wǎng)格密度及形態(tài)的精確控制。在有限元單元的選擇上，鑒于計算效率和精度的考慮，選用BT單元，其單元、節(jié)點信息如表1所列。

傳統(tǒng)的加工工藝中，對于此類工件通常采用矩形毛坯，并根據(jù)多次試沖結(jié)果確定毛坯大小。其缺點是：由于四角處堆積多余材料，加大了摩擦阻力而致成型過程中材料流動困難，容易引起工件厚度不均和角部破裂。為此，應(yīng)用Dynaform的BSE模塊功能，反算求得優(yōu)化的毛坯形狀，如圖1所示。考慮板料的各向異性，選用材料庫中的material type36，材質(zhì)為08鋼，彈性模量為2.07x10 5MPa，泊松比為0.28，屈服強度為196MPa，拉伸強度為442MPa，Lankford系數(shù)ro=1.73、r45=1.35、r90=2.18，硬化指數(shù)n=0.232，虛擬沖壓速度為1000m/s。

在模型建立過程中重點對以下幾方面進行了設(shè)置。
 
 （一）漸變式凹模圓角的設(shè)計
 
 凹模圓角的取值合適與否直接關(guān)系到能否拉深成功。取值過小，則在材料流人凹模時彎曲阻力過大，引起直壁部分拉應(yīng)力過大，導(dǎo)致出現(xiàn)頸縮，甚至拉裂等缺陷；取值過大，則有效壓料面積減小，致使切向壓應(yīng)力增大，引起法蘭面起皺。該工件要求法蘭面與拋物面及直壁面相交處的圓角為r=2mm。但多次模擬結(jié)果表明，在定常壓邊力或直．線上升式壓邊力作用下會出現(xiàn)拉裂。綜合考慮成型質(zhì)量和成型工藝要求，決定將工件此處圓角改為漸變式設(shè)計，其尺寸如圖2所示，然后在整形工序中再將此處圓角成型為r=2mm。同時，在有限元模型中，也將凹模圓角設(shè)計為此種漸變式形式。

（二）建立等效拉深筋
 
 在板材成型過程中，常用施加拉深筋的方法來控制材料流動，以防止起皺。為了簡化拉深筋的建模過程和節(jié)省模擬時間，通常用能承受一定力的附著在模具表面的一條拉深線取代拉深筋[4]，即建立等效拉深筋模型。根據(jù)多次模擬結(jié)果和生產(chǎn)經(jīng)驗確定等效拉深筋的結(jié)構(gòu)尺寸與分布形式，將其捆綁在凹模法蘭面上。
 
 以上述設(shè)置為前提，將CAD模型存為通用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換文件（IGES格式），導(dǎo)人到Dynaform前處理中（為了節(jié)省計算時間，僅導(dǎo)入1/4模型），并作為凹模使用。再經(jīng)偏移相應(yīng)位置網(wǎng)格得到凸模有限元模型，等距偏移厚度是材料厚度加上厚度的10％（因為在計算完成后進行后處理時，如果凸模和凹模之間的間隙不夠，則起皺數(shù)據(jù)將會丟失）。通過分離凹模模型獲得壓邊圈有限元模型，然后對所有的模型網(wǎng)格進行必要的檢查和修補，再將所得坯料導(dǎo)入模型。建立的有限元分析模型如圖3所示。 #p#分頁標題#e#

三、變壓邊力數(shù)值模擬
 
 （一）變壓邊力加載曲線類型
 
 壓邊力控制曲線有定常加載模式、增加或減小模式及峰谷形加載模式3種類型。模擬計算和實際經(jīng)驗表明，增加模式（如傳統(tǒng)的彈簧、橡膠壓邊形式）會對拉深過程產(chǎn)生不利影響，其他模式在特定的成型過程中表現(xiàn)各不相同[5]。根據(jù)經(jīng)驗公式及實際生產(chǎn)情況，對定常模式、減小模式、峰形模式、谷形模式加載壓邊力（圖4）進行成型過程模擬。

（二）變壓邊力數(shù)值模擬結(jié)果分析
 
 在設(shè)定好單元模型、材料參數(shù)、運動接觸條件、邊界條件的基礎(chǔ)上，對有限元模型進行上述不同壓邊力加載形式的模擬。其成型結(jié)束后的制件厚度分布云圖如圖5所示。壓邊力變化各關(guān)鍵坐標點與工件厚度最大減薄量如表2所列。

模擬過程表明，定常壓邊力和峰形壓邊力的模擬過程均在不同時刻出現(xiàn)了拉裂失穩(wěn)且減薄嚴重情況，這也驗證了傳統(tǒng)壓邊方式（如彈簧、橡膠或固定間隙壓邊）的不合理性。而采用減小模式和谷形模式壓邊力的模擬過程均能拉深成功，但減小模式會在成型后期造成法蘭部分厚度有所增加，且局部區(qū)域減薄達到28.54％。實際上，在拉深成型后期，由于回彈等因素的影響，法蘭部分起皺趨勢增強，單向遞減的壓邊力無法避免拉深后期起皺，并且由于法蘭起皺增厚，導(dǎo)致進料阻力加大，使拉．深變形區(qū)出現(xiàn)局部減薄甚至破裂。根據(jù)上述分析，對于此類工件，最佳的變壓邊力加載曲線形式應(yīng)為谷形壓邊力。
 
 四、變壓邊力曲線的優(yōu)化
 
 按照4種壓邊力加載模式，通過模擬計算出20個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，將4個關(guān)鍵點坐標作為輸人量，以工件減薄值為輸出量，以減薄量20為判別條件，求得既能拉深成功而且減薄值最小的點，即工件采用變壓邊力時對應(yīng)的一些最優(yōu)壓邊力控制點數(shù)據(jù)。
 
 五、結(jié)束語
 
 1．通過控制壓邊力的變化可有效控制板料拉深時的流動，充分發(fā)揮其成型性能，提高質(zhì)量。
 
 2．對于典型非軸對稱件——拋物面車燈矩形反射鏡，拉深中采用谷形壓邊力加載模式較為適宜。
 
 3．在依靠控制壓邊力來減小和消除成型缺陷時，可以配合設(shè)置拉深筋、優(yōu)化毛坯形狀等工藝措施，以提高控制效果。
 
 4．對于復(fù)雜工件，可以通過合理簡化模型、應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具并結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果，獲得優(yōu)化的壓邊力控制曲線。