基于自適應(yīng)模擬的變壓邊力優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、近年來，鋁合金和高強(qiáng)度鋼板等輕量化材料大量用于汽車車身覆蓋件沖壓，以降低車身質(zhì)量，從而減少排放和耗油。但是相對(duì)傳統(tǒng)低碳鋼板，這些輕量化材料成形能力明顯降低，在傳統(tǒng)工藝下容易產(chǎn)生起皺和破裂等成形缺陷，給制造業(yè)帶來巨大的挑戰(zhàn)。通過調(diào)整壓邊力這一工藝參數(shù)可簡(jiǎn)單而有效地提高這些難成形材料的成形性能，國內(nèi)外學(xué)者和工程師對(duì)此進(jìn)行了較為深入的研究，取得了許多成果。然而直至今天，變壓邊力技術(shù)仍然未在工業(yè)界實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。變壓邊力優(yōu)化技術(shù)，尤其是

2、隨行程和位置聯(lián)動(dòng)的高效變壓邊力優(yōu)化技術(shù)是限制這一方法用于生產(chǎn)的重要因素之一。本文針對(duì)這一問題，進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，從壓邊力成形窗口出發(fā)，采用PID反饋技術(shù)建立了變壓邊力優(yōu)化自適應(yīng)模擬模型，實(shí)現(xiàn)了隨沖壓行程和位置同時(shí)對(duì)壓邊力進(jìn)行優(yōu)化，該模型在圓杯、矩形盒、階梯盒和行李箱蓋內(nèi)板等零件上的變壓邊力優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，該優(yōu)化技術(shù)可有效改善鋁合金用于這些零件的成形性能。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新包括： 1)從壓邊力成形窗口的一般形式出發(fā)，考慮

3、板料在變壓邊力下的拉深極限將壓邊力成形窗口擴(kuò)展為可行壓邊力成形窗口和不可行壓邊力成形窗口，并討論了壓邊力成形窗口的兩種建立方法。在此基礎(chǔ)上，通過分析起皺臨界和破裂臨界壓邊力控制策略，確定了綜合考慮沖壓成形質(zhì)量指標(biāo)的優(yōu)化變壓邊力路徑?？紤]各向異性和不同沖壓行程的彎曲包角，將其用于杯形件載荷推導(dǎo)和破裂失效判定，通過力學(xué)推導(dǎo)建立了杯形件破裂臨界壓邊力理論預(yù)測(cè)模型，結(jié)合前人的研究推導(dǎo)得到杯形件的理論壓邊力成形窗口。通過不同組合下臨界變壓邊力路徑

4、的成形零件質(zhì)量比較和分析，對(duì)優(yōu)化變壓邊力工程路徑進(jìn)行了驗(yàn)證。 2)在討論包括法蘭邊起皺和側(cè)壁起皺、破裂、抗凹性和回彈等沖壓成形質(zhì)量指標(biāo)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，借助有限元數(shù)值自適應(yīng)模擬和控制領(lǐng)域的PID算法，在成形大部分行程通過反饋優(yōu)化模擬控制壓邊力使板料進(jìn)入臨界起皺確保材料盡量流入模腔參與成形，在成形后期則施加破裂臨界壓邊力使應(yīng)變得到有效強(qiáng)化和均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)沖壓行程的壓邊力優(yōu)化；而在同一成形行程根據(jù)位置施加多個(gè)PlD反饋控制

5、器和反饋回路，則實(shí)現(xiàn)了該行程下隨位置的壓邊力優(yōu)化。將這一模型施加于整個(gè)沖壓行程，從而實(shí)現(xiàn)隨行程和位置的壓邊力聯(lián)動(dòng)優(yōu)化，建立變壓邊力優(yōu)化模型。 3)通過有限元模擬的重啟動(dòng)分析模塊實(shí)現(xiàn)壓邊力優(yōu)化自適應(yīng)模擬，并建立了以杯形件為代表的整體壓邊圈沖壓件、以矩形盒和階梯盒為代表的分塊壓邊圈沖壓件，在采用6111-T4鋁合金板料時(shí)隨行程和位置變化的優(yōu)化壓邊力。另外還用恒壓邊力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法獲得了矩形盒形件和階梯盒形件在恒壓邊力下的最大拉深深度。

6、上述優(yōu)化結(jié)果都通過變壓邊力壓機(jī)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與優(yōu)化模擬結(jié)果相符，采用變壓邊力能有效提高鋁合金的最大拉深深度，表明本文提出的可控壓邊力優(yōu)化模型的有效性。 4)本文將該壓邊力優(yōu)化模型應(yīng)用于真實(shí)的汽車車身沖壓件-行李箱蓋內(nèi)板。該零件來自于NumiSheet’05年標(biāo)準(zhǔn)考題，為盡量還原真實(shí)情況，優(yōu)化模擬中采用了真實(shí)的幾何拉深筋模型。首先為該零件設(shè)計(jì)分塊壓邊圈，而后采用變壓邊力優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化，建立其不同位置的11塊分塊壓邊圈隨行程