冲压成形是金属成形加工中的重要内容,冲压成形行业是机械制造业的基础行业。冲压成形加工过程中成形力需求大、装备能量消耗高、能量浪费大、成形质量难以控制,已经成为影响冲压产品生产成本和生产效率的关键因素。如何降低冲压成形行业的能量消耗、提高其能源利用率已成为冲压成形实施低碳制造的一项重要内容。本文在国家自然科学基金重点项目和国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目的支持下,从冲压成形工艺变形能耗分析与量化方法出发,围绕冲压成形工艺及其装备的低碳优化方法展开研究,主要研究工作如下:(1)提出了冲压成形工艺变形能耗量化方法。以板料冲压成形工艺塑性变形相关理论为基础,根据冲压成形零件的变形特征,提出了将板料划分为特定的子变形区,以研究其能耗特征,并建立了典型产品冷冲压与热冲压成形工艺变形能耗模型,研究了影响成形能耗关键工艺参数的识别机制和提取方法。(2)综合考虑冲压过程中产品成形质量和成形能耗等指标,建立了冲压成形工艺低碳评价指标体系。为了实现在满足成形质量的前提下,降低板料冲压成形能耗,提出了冲压成形工艺低碳优化方法。结合正交实验设计及拉丁超立方设计方法选取优化过程中的设计变量样本,并量化了各样本点对应的成形能耗和成形质量,通过响应面方法建立了多目标优化模型,结合多目标优化算法获得了最优工艺参数。并将所提出低碳优化方法应用于典型零件冷冲压及热冲压工艺优化过程中,实现了在保证成形质量的前提下,降低冲压成形过程能量消耗的目的。(3)建立了冲压加工过程中成形装备滑块导向系统能量损耗模型,在保证冲压产品成形质量和精度的前提下,以冲压成形质量与载荷需求为约束条件,以能量损耗最小为目标,对液压机滑块导向系统进行了低碳优化设计,并将其应用于某工程机械用快速薄板拉伸液压机的滑块导向系统优化设计中,从装备结构优化设计的角度降低了冲压成形过程的碳排放。(4)基于冲压成形过程碳排放建模方法,分析了冲压成形装备的能量流特性,量化了冲压成形装备在最优工艺参数下的能耗特征。为进一步降低冲压加工过程中成形装备的能量消耗,提出了冲压成形装备能量匹配节能控制方法,并将其应用于冲压生产线中,进一步从装备控制的角度实现了冲压加工过程碳排放的减量化和控制。