随着高强板在汽车等行业内的广泛应用,对多工位级进模结构强度的要求也越来越高。因高强板的屈服强度高、成形性能差,冲压过程中大型多工位级进模受力更加复杂恶劣,容易造成模具结构偏载、损毁、失效等问题。因此,有必要针对大型多工位级进模模具结构进行受力分析和结构优化设计,特别是对于受侧向力较明显的凸模需进行偏载分析,以判断凸模侧向位移是否会影响成形质量。对于大型复杂多工位级进模,工件尺寸大,冲孔、修边、整形等工序的分布较分散,工作部分会采用组合子模的方式安装在模具母体上,模具母体在冲压过程中会产生较大的变形,严重影响工件的制造精度,造成产品冲压质量不稳定,从而延长了修模试模的时间,继而降低了模具的生产效率。因此,对多工位级进模的母体进行结构分析,以保证模具强度、刚度、减小冲压时模具结构变形为目标进行优化设计,实现材料的最优分布,达到模具结构轻量化的效果,具有非常大的实用价值。本文以某油箱支架件为研究对象,通过对其多工位级进冲压成形及冲裁工序进行数值模拟,获得了板料与模具之间的接触力,将该接触力应用至多工位级进模结构进行受力分析,提取出侧向力并进行偏载分析,在此基础上对模具母体结构进行拓扑优化设计。研究内容如下:(1)对某油箱支架结构件多工位级进冲压成形工序进行有限元数值模拟。基于CAE分析软件Dynaform对成形工序进行有限元建模,完成成形工序的数值模拟,通过对*dyn文件中的控制输出文件进行修改,获得出板料上各节点的成形力模拟结果,并提取出凹凸模所受侧向力信息。(2)对某油箱支架结构件多工位级进冲裁工序进行有限元数值模拟。基于CAE分析软件Deform-3D对冲裁工序进行建模,建模时通过预先对板料刃口附近区域进行网格细划分、减小网格规模,获得了准确的模拟结果。完成了该油箱支架结构件多工位级进冲裁所有工序的数值模拟,得到了各个工序冲裁力的模拟结果,并与冲裁力的理论计算值进行了对比分析,提取出冲裁工具与板料的接触力。(3)针对冲压过程中凹凸模受侧向力作用,将数值模拟获得的侧向力作为力的边界条件对凹凸模进行偏载分析。利用结构分析软件HyperWorks对该多工位级进模上模结构和下模结构进行受力分析。借助本项目组自主开发的载荷映射工具,将冲压载荷准确映射到模具结构分析有限元模型上。多工位级进模的零部件数量多,结构复杂,为提高运算效率,可适当简化模型,如可将浮料板和氮气弹簧进行简化。利用结构分析求解器Radioss完成对模具结构的受力分析。(4)基于变密度法对该油箱支架结构件用大型多工位级进模模具结构进行了拓扑优化设计。根据结构受力分析结果设定优化目标,以减小模具变形为目的,实现材料的最优分布。基于拓扑优化结果,综合考虑模具干涉、落料、加工制造等因素,在UG中对模具结构进行重构。为了验证重构后的模具结构强度是否满足要求,再次对重构后的模具结构进行受力分析,并与原结构变形量进行对比。结果表明,优化重构后的模具结构变形有所减小,模具减重约19%。(5)基于应变电测法对模具结构的应变值进行了取点测量,并与结构分析模拟结果进行了对比。结果表明,测量值与模拟结果的相对误差普遍较小,相对误差在10%以内。因此,本文所采用的多工位级进模结构分析方法是准确的,进而保证了多工位级进模结构拓扑优化结果的可靠性。