鋁型材擠 壓模具智能設計理論研究.pdf

1、士居 戈. 摘 要摘 要一 碗 今 的 鋁 型 材 擠 壓 生 產 仍 停 留 在 憑 經 驗 設 計 階 段 ， 即 依 據 設 計 者 的 經 驗 ， 靠不斷試驗來設計模具和確定成形工藝。 事實上，鋁型材擠壓生產是一個復雜的、離散性的系統(tǒng)，具有模糊性、隨機性的特征。 型材擠壓模具的設計也是一個復雜的、綜合分析的、反復進行的過程。 需要多學科的 專門知識與豐富的經驗才能獲得一個良 好的設計，其中很多工作是非數據計算的，不是以 數學公式

2、為核心，而更多的是通過思考、推理和判斷來解決。因此基于 “ 數據十 算法+ 繪圖”的傳統(tǒng) C A D 技術，己 不適應鋁型材設計與開發(fā)的需要。為了 提高鋁型材制造業(yè)對今后市場變化和小批量、多品種產品要求的 迅速響應能力， 鋁型材擠壓模具設計應向集成化、智能化、自 動化方向發(fā)展;向模型 化、 最 優(yōu)化、 柔 性化 為 特征的 工 程科 學階 段 ( 集 成 化階 段) 過 渡， 逐漸 形成 面 向C I M s 的 、 可 對 設 計 全

3、 過 程 提 供 一 體 化 的 計 算 機 支 持 的 智 能 設 計 系 統(tǒng)。 萬本課題就是采用C 語言編程， 運用數值計算技術 ( 有限元法) 、 實時計 算技術 ( 力學問 題的 神經網 絡計算) 、 參數化設 計技術 ( A u t o L i s p 自 動編程) 、 計算機智能技術 ( 人工神經網絡與遺傳算法) 等方法對生 產方管鋁型材用的 擠壓模具進行強度校核、實時計算、結構優(yōu)化、自 動繪圖與動態(tài)模擬，以期探索出一條鋁型

4、材擠壓模具的智能設計思路， 為實際工業(yè)生產提供一種新的設計方法學。 一 〔 本 課 題 作 了 以 下 幾 方 面 研 究 · 首次把彈性有限元方法應用于生產方管鋁型材的擠壓模具強度分析中。 即用彈性有限元法計算出 模具內部各點處的 等效應力、 等效應變等力能參數及其分布規(guī)律，找出 模具的應力集中處， 進而對模具強度進行定量計算與分析。用人工神經網 絡技術實現有限元中 單元剛度矩陣和總體剛度矩陣的實時求解。 有限 元法解題的最

5、關鍵、 最費時之處是單元剛度矩陣的 求解和總體剛度矩陣的集成。 本文采用人工神經網 絡技術建立了 單元剛度矩陣各元素間、 單元剛度矩陣向 總體剛度矩陣集成的映射關系， 為有限 元計算的實時求解奠定了基礎。首次用人工神經網 絡與遺傳算法對型材擠壓模具進行結構優(yōu)化。即采用 B P神經網 絡與遺傳算法相結合的方法， 優(yōu)化了一鋁型材擠壓模具。 結果表明，優(yōu)化后的 擠壓模具應力集中 現象明顯降 低、 危險點處應力大大減少， 這將提摘 要 Ut 大

6、 一 筍 麟士L 靈ABS T RACTN o w a d a y s , A l u m i n u m p r o f i l e s e x t r u s i o n p r o d u c t i o n i s s t i l l s t a y i n g i n a e x p e r i e n c e d e s i g n s t a g e , i . e . : e x t r u s

7、 i o n d i e s d e s i g n a n d c o n s t i t u t i n g p l a s t i c f o r m i n g t e c h n o l o g y a r e c a r r i e d o n b y d e s i g n e r s ' e x p e r i e n c e a n d “ t r i a l a n d e r

8、 r o r “ , w h i c h d o e s n o t f i t i n w i t h t h e n e e d o f d e v e l o p m e n t o f o u r m o d e r n s o c i e t y r a d i c a l l y . I n f a c t , t h e p r o f i l e s p r o d u c t i o

9、 n i s a c o m p l i c a t e d a n d d i s c r e t e p r o c e s s w i t h t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f f u z z i n e s s , r a n d o m n e s s . T h e d e s i g n o f A l u m i n u m p r o f i

10、 l e e x t r u s i o n d i e s i s a l s o a v e r y c o m p l i c a t e d p r o c e s s w h i c h n e e d s c o m p o s i t i v e a n a l y s i s a n d r e p e a t o p e r a t i o n . M a n y t h i n g s

11、 i n a d i e d e s i g n a r e o f n o n - d a t a c o m p u t a t i o n , a n d h a v e n o t a m a t h e m a t i c s f o r m u l a t i o n t o r e l y o n , a n d m o r e t h i n k i n g , r e a s o

12、n i n g a n d j u d g i n g a r e n e e d e d . T h u s , t h e f a r t h e r d e v e l o p m e n t o f t r a d i t i o n a l c o m p u t e r a i d e d d e s i g n b a s e d o n d a t a - c o m p u t a t i o n m e

13、 t h o d - p l o t i n g f a l l s i n t r o u b l e .I n o r d e r t o e n h a n c e t h e r a p i d r e s p o n d i n g a b i l i t y b y w h i c h m a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e s w i l l

14、 c o p e w i t h f u t u r e m a r k e t c h a n g e s a n d l i t l e q u a n t i t y , m u l t i - b r e e d p r o d u c t s , e n g i n e e r i n g d e s i g n i s d e v e l o p i n g t o w a r d i n t e g r

15、 a t i n g , i n t e l l i g e n t , a u t o m a t i z a t i o n . N o w , t h e d e v e l o p m e n t t r e n d o f A l u m i n u m p r o f i l e s p r o d u c t i o n i s i n t h e d i r e c t i o n o f e

16、n g i n e e r i n g s c i e n t i f i c s t a g e ( i . e . i n t e g r a t i n g ) w h i c h h a s a r e m a r k a b l e c h a r a c t e r i s t i c s w i t h m o d e l i n g , o p t i m i z i n g a n d f l

17、e x i b i l i t y , t h e e x t r u s i o n d i e s d e s i g n i s g r a d u a l l y b e c o m i n g a C I MS - o r i e n t e d i n t e l l i g e n t d e s i g n s y s t e m w h i c h c a n p r o v i d e t

18、 h e a l l d e s i g n p r o c e s s w i t h c o m p l e t e c o m p u t e r s s u p p o r t .I n t h i s p a p e r , m a n y m e t h o d s a n d t e c h n o l o g y a r e u s e d t o v e r i f y t h e

19、 s t r e n g t h , t o c o m p u t e a l l k i n d s o f p a r a m e t e r s i n r e a l - t i m e , t o o p t i m i z e t h e s t r u c t u r e , t o p l o t s t r u c t u r e c h a r t s a u t o m a t i

20、c a l l y , t o s i m u l a t e t h e m e t a l f l o w s t a t e o f p r o f i l e e x t r u s i o n d i e s , s u c h a s n u m e r i c c o m p u t a t i o n t e c h n o l o g y ( F E M ) , r e a l - t

21、i m e c o m p u t a t i o n t e c h n o l o g y ( A r t i f i c i a l N e u r a l N e t w o r k s c o m p u t a t i o n i n m e c h a n i c s q u e s t i o n s ) , p a r a m e t e r i z a t i o n d e s i g n t

22、e c h n o l o g y ( a u t o m a t i c p r o g r a m m i n g i n A u t o L i s p L a n g u a g e ) , c o m p u t e r i n t e l l i g e n t t e c h n o l o g y ( A r t i f i c i a l N e u r a l N e t w o r k s a

23、 n d G e n e t i c A l g o r i t h m ) , s o t h a t a i n t e l l i g e n t d e s i g n m e t h o d a b o u t A l u m i n u m p r o f i l e e x t r u s i o n d i e s c a n b e f o u n d , a n d a n e w

24、 m e t h o d o l o g y o f p r o f i l e e x t r u s i o n d i e s d e s i g n i n r e a l i n d u s t r y p r o d u c t i o n w i l l b e e s t a b l i s h e d .T h e f o l l o w s a r e s t u d i e d i n

25、 t h i s p a p e r :1 I t wa s t h e f i r s t t i met o b r i n g e l a s t i c F E M r e c t a n g l e A l u m i n u m i n t o t h e s t r e n g t h a n a l y s i s o f a e x t r u s i o nd i e u s e d

26、 t o p r o d u c e p r o f i l e s . E l a s t i c F E Mc a l c u l a t e d t h e e q u i v a l e n t s t r e s s , e q u i v a l e n t s t r a i n a n d o t h e r m e c h a n i c swa s u s e d t op a r a m