鋁型材柔性三維拉彎回彈預(yù)測(cè)及工藝優(yōu)化.pdf

1、隨著車(chē)輛輕量化和工業(yè)發(fā)展，傳統(tǒng)的鋁型材二維拉彎成形構(gòu)件已不能滿(mǎn)足工業(yè)需求，鋁型材三維拉彎成形構(gòu)件越來(lái)越受到關(guān)注。本文提出了一種新型柔性三維拉彎成形工藝，實(shí)現(xiàn)了快速重構(gòu)模具型面和加工多種截面型材。該成形工藝可進(jìn)行鋁型材三維彎曲的加工，且成形面可重構(gòu)，能有效地縮短模具的設(shè)計(jì)、調(diào)試和生產(chǎn)的時(shí)間，從而提高生產(chǎn)效率。鋁型材的三維拉彎成形是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程，型材成形形狀難以精確控制，而且拉彎成形過(guò)程中構(gòu)件易出現(xiàn)回彈、起皺和破裂等成形缺陷。為了得到

2、成形質(zhì)量較高的三維拉彎成形鋁型材構(gòu)件，需要對(duì)成形過(guò)程中的工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制和優(yōu)化。本文對(duì)柔性三維拉彎成形工藝進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，提出了回彈預(yù)測(cè)方法和工藝優(yōu)化方法。
　　本文將拉彎工藝與多點(diǎn)成形思想進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，提出了一種新型三維拉彎成形工藝，該工藝將三維拉彎成形分解為水平彎曲和垂直彎曲。首先介紹了該工藝的成形原理、成形過(guò)程和關(guān)鍵部件柔性模具單元體的結(jié)構(gòu)，并建立了柔性三維拉彎成形的有限元模型。研究?jī)?nèi)容包括模型簡(jiǎn)化、模擬算法選擇、材

3、料本構(gòu)模型、單元選擇、接觸和摩擦處理以及邊界條件處理等問(wèn)題，為后續(xù)的柔性三維拉彎成形工藝研究中有限元模擬部分提供理論依據(jù)。
　　回彈是影響拉彎成形工藝的最大難點(diǎn)，針對(duì)三維拉彎成形工藝回彈的特點(diǎn)，本文提出了采用支持向量回歸算法對(duì)三維拉彎成形回彈進(jìn)行預(yù)測(cè)的模型。目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是常用的回彈預(yù)測(cè)算法，支持向量回歸算法是一種與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，但是支持向量回歸算法的泛化能力高于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。首先分析了彈性模量、屈服應(yīng)力、預(yù)拉

4、量、補(bǔ)拉量、水平彎曲角和垂直彎曲角對(duì)回彈影響的規(guī)律。然后以這些參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，水平回彈角和垂直回彈角作為輸出參數(shù)，分別采用支持向量回歸算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立了柔性三維拉彎成形的回彈預(yù)測(cè)模型。采用相同的樣本對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行訓(xùn)練和精度檢驗(yàn)，證實(shí)了該模型預(yù)測(cè)精度高于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
　　傳統(tǒng)的拉彎工藝成形過(guò)程中拉力保持不變，本文提出了三維拉彎成形過(guò)程中采用變拉力的方法，并以減小回彈為目標(biāo)建立了變拉力軌跡優(yōu)化模型。首先以復(fù)雜T型材為

5、例分析了三維拉彎成形不同階段的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，建立了力學(xué)分析模型。將拉力分為四個(gè)階段，預(yù)拉階段、水平拉彎階段、垂直拉彎階段和補(bǔ)拉階段，將各階段的拉力、預(yù)拉量以及補(bǔ)拉量作為設(shè)計(jì)變量，以回彈最小化為優(yōu)化目標(biāo)建立了變拉力優(yōu)化模型。優(yōu)化模型以型材最小減薄率和最大增厚率作為約束條件，用試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立目標(biāo)函數(shù)和約束條件的響應(yīng)面代理模型，然后采用粒子群算法對(duì)不同階段的拉力大小進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)優(yōu)化后的變拉力組合與未優(yōu)化的拉力組合成形后回彈進(jìn)行比較，證明

6、優(yōu)化后的拉力軌跡可以有效地減小回彈。
　　本文對(duì)矩形型材的三維拉彎成形進(jìn)行了研究，建立了其三維拉彎成形的多目標(biāo)優(yōu)化模型。由于矩形型材截面中空的特性，其三維拉彎成形過(guò)程中易出現(xiàn)截面凹陷的成形缺陷，本文提出了填充鋼塊抑制截面凹陷的方法。分析了預(yù)拉量和補(bǔ)拉量對(duì)截面凹陷影響的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)增加預(yù)拉量和補(bǔ)拉量會(huì)引起截面凹陷增加，但增加預(yù)拉量和補(bǔ)拉量是減小回彈的主要方法。為了達(dá)到同時(shí)控制回彈和截面凹陷的目的，建立了矩形型材三維拉彎成形的多目標(biāo)優(yōu)化

7、模型。該模型以預(yù)拉量和補(bǔ)拉量作為設(shè)計(jì)變量，以回彈最小化和截面凹陷最小化作為目標(biāo)函數(shù)，以型材最小減薄率和最大增厚率作為約束條件。用多項(xiàng)式響應(yīng)面法建立目標(biāo)和約束的代理模型，用非支配遺傳算法對(duì)其進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，得到優(yōu)化解集，對(duì)解集進(jìn)行分析后選擇最優(yōu)解。優(yōu)化后的預(yù)拉量和補(bǔ)拉量組合能夠同時(shí)達(dá)到減小回彈和截面凹陷的目的。
　　本文還提出了基于迭代回彈補(bǔ)償優(yōu)化柔性三維拉彎成形模具型面的方法。該方法以控制回彈為目的，根據(jù)回彈量大小對(duì)成形面進(jìn)行迭代