1引言
目前，作为国外铝合金汽车覆盖件连接方式之一的机器人包边技术，由于它的特点在国内也逐渐的被各大汽车生产厂家所注意。然而，该技术在国外已经比较成熟[1]，如文献[2]使用有限元软件对镁铝合金滚边工艺进行了数值模拟，对预滚边和终滚边翻边受力情况及位移变化和传统包边方式进行了对比，但是，该技术在国内发展却较晚，文献[3-4]使用研究了平直板件包边工艺，文献[5，7]对机器人滚边也进行了研究。由于国内很多学者对机器人滚边技术进的研究都集中在钢板的滚边，且由于铝合金成型的特殊性[8]，所以，国内关于铝合金板件滚边技术的研究则鲜见报道。通过使用模拟仿真和正交试验相结合的方法，来分析研究铝合金滚边参数对滚边后板件质量（波浪系数和伸缩量）的影响规律，则有利于提高铝合金板件的滚边质量。进而为机器人铝合金滚边设备的制造与研究提供参考。
2建模方法
滚边所用的材料为1mm厚，牌号为5052的铝合金，该材料主要参数为：屈服强度130.75MPa，弹性模量72000MPa，泊松比0.3，断后伸长率0.27，材料密度2700kg/m3。模型的建立，如图1（a）所示。包括滚轮、胎膜、内板、外板、压板。重点研究对象是变形量最大、最容易出现质量缺陷的外板。滚边时，因为外板在折弯区发生了很大的位移变形，以及翻边区和滚轮是主要的接触对象，而其他区域位移变形都很小，所以在网格划分时，如图1（b）所示。在折弯区要画的很细，翻边区次之，其他小变形部分可以粗略。其中折弯区，网格尺寸为0.4mm。滚边过程为铝合金常用的三道次滚边（即30°-60°-90°）。
3正交试验设计
在仿真过程中，主要研究的是滚边参数对铝合金滚边后板件的波浪系数和板件的伸缩量的影响。在参数选择时，参考钢板滚边过程，选择滚轮半径、外板圆角半径、翻边高度、TCP-RTP-1（第一次预滚TCP-RTP的距离）、TCP-RTP-2（第二次预滚TCP-RTP的距离）五个因素；同时在每个因素里面参考国内外资料，选择了4个不同的值（及4个水平），形成了一个5因素4水平的L16（45）正交试验。利用仿真软件，进行了16组仿真实验，分别计算出每一组的波浪系数和伸缩量的大小。具体试验数据和结果，如表1所示。
4正交试验结果分析
（1）波浪系数的分析：实验分析结果，如表2所示。把第一列1水平对应的试验数据相加除以4填在第一列均值1对应的位置，同样方法把第一列2水平对应的试验数据相加除以4填在第一列对应均值2的位置，把第一列3水平对应的试验数据相加除以4填在第一列对应均值3的位置，把第一列4水平对应的试验数据相加除以4填在第一列对应均值4的位置，同理完成第2列、第3列、第4列、第5列各均值位置数据的填写，计算得到的每列的均值1、均值2、均值3、均值4的数值的差异，反映了各列所排因素取了不同水平对指标的影响。计算完各列的均值1、均值2、均值3、均值4后，把每列的均值1、均值2、均值3、均值4中最大值和最小值之差计算出来，这个差值叫做极差。每列极差的大小反映了该列所排因素选取的水平变动，对指标影响的大小。可以看出表中第三列极差值最大，即翻边高度的变化对铝合金滚边板件的波浪系数影响程度最大。其影响程度大小为：翻边高度>TCP-RTP-1>滚轮半径>圆角半径>TCP-RTP-2。通过正交实验数据分析得到的各参数对波浪系数的效应图，如图2所示。横坐标是选择的各参数，纵坐标是波浪系数。比如，图中滚轮半径对波浪系数的影响是先从55mm开始随着滚轮半径的变大波浪系数急剧变大，但到了60mm左右，随着滚轮半径的变大波浪系数又急剧变小。同理可以分析，其他4个参数，对波浪系数的影响效应。显著性分析，通过对各因素下波浪系数的方差和伸缩量方差加以分析，如表3所示。可以判断各因素对波浪系数影响的显著性，通过表可以看出，翻边高度对波浪系数具有显著性影响。（2）伸缩量的分析：实验结果，如表4所示。和波浪系数正交表格数据处理方法类似，完成各列各均值位置数据的填写，同理，均值1、均值2、均值3、均值4的数值的差异，反映了各列所排因素取了不同水平对伸缩量的影响。同理，完成极差的计算。可以看出表中第二列和第五列极差较大，分别为0.321和0.309，即圆角半径和TCP-RTP-2的变化对铝合金滚边板件的伸缩量影响程度最大；其影响程度大小为：圆角半径>TCP-RTP-2>翻边高度>滚轮半径>TCP-RTP-1。通过正交实验数据分析得到的各参数对伸缩量的效应图，如图3所示。横坐标是选择的各参数，纵坐标是伸缩量。比如，图中滚轮半径对伸缩量的影响是先从（55~60）mm随着滚轮半径的变大伸缩量变大，但到了（60~65）mm滚轮半径的变大伸缩量变小，到了（65~70）mm滚轮半径的变大伸缩量又变大。同理可以分析，其他4个参数，对伸缩量的影响效应。显著性分析，通过对各因素下伸缩量的方差加以分析，如表3（b）所示。可以判断各因素对伸缩量影响的显著性，通过表可以看出，圆角半径、TCP-RTP-2距离对伸缩量具有显著性影响。
5结论
（1）机器人铝合金滚边参数中不同的滚边参数对波浪系数和伸缩量的影响不同，不同参数对波浪系数和伸缩量的影响程度也不相同。（2）机器人铝合金滚边参数中，翻边高度对滚边后波浪系数影响较大；圆角半径、TCP-RTP-2对滚边后伸缩量影响较大。（3）从曲线效应图中可以看出，很多参数对波浪系数和伸缩量的影响并不是线性的，所以在考虑滚边参数对波浪系数和伸缩量的影响的时候不能单调性考虑。
作者：卢鹏 兰凤崇 周云郊 单位：华南理工大学 广州南洋理工职业学院
