全铝车身具有低重量、高强度和优异的耐撞性等特点,被世界主流汽车厂家广泛应用。制造全铝框架式车身的关键技术在于如何实现型材的高精度挤压和弯曲成形。本文以空心型材汽车防撞梁为研究对象,开展铝型材制备过程中的典型成形缺陷仿真分析与优化控制关键技术研究,提出了挤压出模口截面流速均匀性的精确控制方法,系统研究了型材断面结构、材料和工艺参数对拉弯截面畸变和回弹的影响规律,探索建立车身用铝型材结构-材料-工艺-性能一体化多目标优化设计方法,为车身用铝型材的制备和设计提供理论支持。基于任意拉格朗日-欧拉算法的HyperXtrude软件平台建立了型材分流模挤压有限元仿真模型。为了确定仿真中工作带位置的摩擦,采用高温短距离球盘摩擦试验进行等效模拟。与摩擦系数相比,剪切摩擦应力在磨损过程中表现比较平稳,且不受接触面积变化的影响,能更好地表征工作带位置的真实摩擦。基于材料流速均方差和焊合压力评价揭示了型材挤压壁厚减薄和开裂的产生机理。为了实现对出模口型材截面流速的均匀性控制,提出了“优化分流孔/引流槽、增添阻流块、基于Kriging近似模型和多岛遗传算法优化工作带”的模具结构多步优化设计方法。优化后出模口型材截面流速均方差由23.75mm/s减少到1.63mm/s,同时横截面的温差大小和焊缝质量明显改善。基于ANSA和LS-DYNA软件平台建立了基于力控制转臂式的型材拉弯成形和卸载回弹全过程精确有限元模型。基于单元主应力状态揭示了型材拉弯截面畸变和回弹的形成机理。型材拉弯成形应力为单轴状态,主要受环向切应力作用。切应力沿型材长度方向分布不均匀,最大值并不位于型材中间截面处,而是处于离中间截面一定距离的L/L0=±0.18处。沿型材长度方向的截面畸变大小分布与切应力相似。拉弯卸载后,截面畸变明显减小,最大位置处的两者误差为13%。分析了型材断面结构、材料和工艺参数对拉弯截面畸变和回弹的影响规律。预拉力和补拉力大小为Aσs左右时,拉弯成形质量最好;型材内部添加填充材料,截面畸变减小83%,但回弹增加192.2%;摩擦系数增大,回弹逐渐增加,截面畸变略有下降;夹头偏转角度越大,截面畸变显著增加,回弹略有增加;随着弹性模量、硬化指数的增加和屈服强度的减小,截面畸变和回弹显著减小;随着强化系数的增加,截面畸变和回弹增加;随着断面高宽比、内加强筋个数和型材壁厚的增加,截面畸变减小;内加强筋位置越偏离断面中心,截面畸变越大。对截面畸变具有高度显著影响的因素为:有无填充、断面高宽比、内加强筋位置和预拉力;对回弹具有高度显著影响的因素为:有无填充、预拉力、材料和摩擦系数。拉弯成形后材料的加工硬化和壁厚变化对摆锤冲击性能有比较显著的影响。要准确模拟汽车防撞梁的摆锤冲击性能,应当引入型材拉弯成形效应。建立了车身用铝型材结构-材料-工艺-性能一体化多目标优化设计方法。比较了多项式、Kriging和RBF神经网络等近似模型技术对不同响应类型的预测精度。对于质量和型材摆锤冲击位移两个响应,适合采用二阶多项式响应面模型,而对于拉弯截面畸变、回弹和最大减薄率三种响应,采用RBF神经网络模型更为合理。采用序列采样策略更新近似模型样本点,以拉弯截面畸变和型材质量最小为优化目标,回弹、最大减薄率和型材摆锤冲击位移为约束,运用非支配解排序遗传算法NSGA-Ⅱ对型材断面结构、材料和工艺参数进行协同优化,获取Pareto最优化解集。优化后的汽车防撞梁减重0.63kg,拉弯截面畸变从2.72mm减小到0.81mm,其他性能指标基本不变。基于多目标优化结果,为进一步精确补偿拉弯回弹,基于RBF神经网络模型和模拟退火算法,以型材弯曲弧面轮廓线上所有节点位置偏差的均方误差ε最小为目标,建立了拉弯模具型面参数回弹补偿迭代优化模型,避免依靠人工经验或虚拟试模补偿效率低和精度差的缺点。拉弯试验结果验证了优化方法的有效性和可行性,研究结果为车身用铝型材结构-材料-工艺-性能一体化多目标优化设计提供理论指导。