空调钣金件结构优化设计及冲压成形仿真分析

空调钣金件结构优化设计及冲压成形仿真分析

钟永锋

广东申菱环境系统股份有限公司广东省佛山市顺德区528000

摘要：随着科技的不断提升，空调发展可谓日新月异，并展示出很强的增长趋势，作为空调重要的组成部分，钣金原材料价格明显上涨，增加了钣金结构优化设计的重要性。本文根据以往工作经验，对空调钣金件结构优化设计方法进行总结，并从板料成形数值模拟的一般过程、毛坯形状的确定、有限元模型的建立、工艺参数的选取四方面，论述了空调钣金件冲压成形仿真。

关键词：空调钣金件；结构优化设计；冲压成形

前言：现如今，随着我国国民经济的不断发展，人们对空调的需求量越来越大，而在激烈的市场环境下，各个空调生产企业的利润率越来越低。因此，在空调生产过程中，人们需要对空调的利润率空间进行提升，增加企业的利润来源。钣金作为空调设计的主要支撑件，无论是在运输费用还是在材料费用上，均在成本之中占据了较大比例。所以说，钣金的优化设计成为了最有效的控制措施。

1.空调钣金件结构优化设计方法

在空调钣金件结构优化设计过程中，往往是对多个参数进行调整设计，由于参数种类的不同，对钣金件结构的影响程度也不同。因此，人们需要根据实际情况对参数进行调整。具体来说，结构优化设计工作可以从以下几方面入手：

1.1结构优化设计的基本流程

在具体结构优化设计过程中，由于设计参数选择的不同，将会对钣金自身结构产生不同程度的影响。从这里也可以看出，设计变量的合理原则对后续设计工作的开展影响十分严重。根据以往工作经验显示，在灵敏度分析的配合之下，可以进一步提升优化设计变量的可选择性。与此同时，也可以进一步提升优化结构的准确性和高效性。具体的结构优化设计基本流程如图1所示。

图1结构优化设计基本流程

1.2结构优化设计灵敏度分析

一般来说，结构优化设计灵敏度分析可分为以下两种形式：第一，因变量的变化以及自变量的变化；第二，自变量的变化和因变量的相对变化。整体来看，灵敏度分析具有极为明显的特点，灵敏度属于求导信息范畴，通过自身引导，可以实现设计变量和参数的结构特性相应变化率的突显。从这里可以看出，在结构优化设计过程中，灵敏度是其中一个重要的组成部分。在交互式计算机辅助设计上，如果钣金材料内部结构发生了变化，相关工作人员也可以依靠灵敏度信息，将这种变化展示出来。值得注意的是，在此过程中计算出来的结构响应值应该小于设计变量导数，当导数具体数值被确定后，整个结构中的最为敏感部位也将会被突显，帮助人们获取想要的灵敏度系数和设计参数[1]。

1.3结构优化设计的理论方法

结构优化设计需要配合适当的优化措施，在提升设置质量的同时，实现设计速度的全面提升。在具体的结构优化过程中，涉及到的具体参数变量被人们称之为设计变量，如结构长度、截面高度等等。另外，在优化设计过程中，还需要对一些特殊的设计条件进行满足。此种情况之下，具体的优化设计空间主要包括两部分内容，一个是可行区域，另一个是不可行区域。常见的约束条件包括显示约束和隐式约束。一般来说，在具体的结构优化过程中，需要将多个优化目标显示出来，进而获取到最好的结构优化方案。

2.空调钣金件冲压成形仿真

2.1板料成形数值模拟的一般过程

本文利用DYNAFORM对软件中的板料冲压成形CAE进行了深入分析，具体分析步骤如图2所示。首先，工作人员需要做的便是对成形零件的CAD模型导入，由于该项建模技术存在一些局限性，成形零件需要通过CAD等技术获取，之后利用数据交换，将具体信息导入到几何模型中。在该零件成形仿真之中，如果几何模型不包括工艺补充面部分，则可以应用相关模面设计功能将零件的工艺补充面生成。其次是成形工具的定义，根据具体的成型零件结构尺寸和不同的冲压设备，其拉延模类型主要包括单动拉延模和双动拉延模。在具体的成形数值模拟上，也需要根据不同的模具结构，对相关的成形工具进行定义。最后是设置成型参数，根据实际情况调整好凹模、凸模等之间的相对位置，观察各种材料之间的相对运动，提升冲压成形的正确性。

图2板料冲压成形的一般步骤

2.2毛坯形状的确定

一般来说，整个钣金件冲压成形仿真过程中的毛坯形状显得十分复杂，而且该种形状很难通过几何关系对初始的坯料形状进行获取，在不考虑塑性变形条件时，延后尺寸也并不精确。另外，在具体程序计算过程中，会选择理想状态下的坯料模型，而在具体的生产工作开展上，还需要对整个冲压过程的经济性和方便性等进行考虑，为后续工作的开展提供便利条件。因此，坯料的选择始终具备一定的规律性。例如，在某些情况之中，当冲压条件与标准相符时，操作人员可以通过改变毛坯的初始形状来提升冲压成功率。从这里也可以看出，人们可以根据具体的底板形状特点，利用具

体的形状规则进行拟合，这样一来，相关工作人员可以通过四个角区域的圆角过渡实现材料的快速流动[2]。

2.3有限元模型的建立

有限元模型的建立，主要涉及到的内容包括两方面，即CAD模型导入以及工艺补充的建立。具体来说，想要实现底板冲压过程的有效模拟和建立，首先要建立起相应的几何模型。而在一些复杂的零件之中，具体的模型建立需要透过CAD系统进行，之后将其转移到分析软件之中，最终实现三维模型的全面构建。站在工艺补充面角度来说，是将整个模型导入到CAD抽象模型中面，之后对各个工艺孔进行弥补，得到冲压的具体方向。在具体拉延方向确定上，可以从以下几方面入手：第一，看拉延凹模和拉延凸模是否能够切合在一起；第二，确保凸模两侧的拉入角度相同，还要确保凹模和毛坯的接触位置始终处于平稳状态；第三，在接触过程中，需要确保各个结构的同时接触，将接触面积集中在一起。值得注意的是，整个拉延过程的拉延方向应保持一致，避免破裂或者起皱情况的出现。另外，拉延方向也会直接影响到塑性变形能力的有效展示。

2.4工艺参数的选取

站在冲压成形有限元模型建立角度来说，主要集中的模面工程之中。首先，将地面中的有限元网格偏移0.55t，之后凸模形式便会得到进一步展示。其次，再向外偏移0.55t之后，便得到了凹模。最后，为了保证效果，人们还可以在凸模边沿建立一个压边圈，进而得到具体的有限元网格模型。站在工艺参数选取角度来说，主要是以实际情况为前提，降低计算和分析时间，为工艺参数的选取提供必要条件。但在此过程中，整个系统的摩擦系数不断提升，板料成形之后的减薄量也会持续增大，导致最大增厚量降低。因此，在摩擦数选择过程中，需要根据实际情况进行合理选取。

总结：综上所述，随着科学技术的不断发展，将现代技术应用到实际产品开发过程中显得尤为重要，尤其是在钣金结构优化设计上，更需要将传统设计理念打破，并以此为基础建立起新的设计理念。与此同时，由于结构优化和成形仿真分析，为空调企业的发展提供了必要性支持，为后续产品创新奠定坚实基础。

参考文献：

[1]陈劲,廖锡博.论述如何有效优化空调钣金结构设计[J].山东工业技术,2017(14):240.

[2]杨春生,刘明校.空调复杂曲面钣金件的设计、分析及验证方法[J].日用电器,2015(06):61-64.