板料拉深成形工藝的6-sigma穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、影響板料沖壓成形質(zhì)量的設(shè)計(jì)參數(shù)很多,不合理的參數(shù)選擇可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的產(chǎn)品缺陷.隨著計(jì)算技術(shù)和有限元理論的快速發(fā)展,基于數(shù)值模擬的板料成形工藝優(yōu)化不僅可以降低繁瑣的人工修改,而且可以快速、有效地尋找到最優(yōu)參數(shù)組合,因此該技術(shù)已成為金屬板料成形工藝設(shè)計(jì)與分析的重要手段.但由于設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)響應(yīng)之間的非線性隱式關(guān)系,基于梯度的傳統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)面l臨計(jì)算時(shí)間超長(zhǎng)等新的挑戰(zhàn).另外,實(shí)際生產(chǎn)中影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的因素很多,材料性能和潤(rùn)滑條件的波動(dòng)、模具

2、的磨損等噪聲因素可能會(huì)導(dǎo)致沖壓失效或顯著增加廢品率.沖壓質(zhì)量的評(píng)判存在多種準(zhǔn)則,它們之間可臺(tái)皂會(huì)相互沖突,有必要協(xié)調(diào)多目標(biāo)之間的關(guān)系并降低多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)對(duì)隨機(jī)波動(dòng)的敏感性.上述問(wèn)題已成為目前板料成形優(yōu)化迫切需要解決的前沿性課題.本文從如下幾個(gè)方面著手對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究: 針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)工藝和材料中存在的波動(dòng),提出了考慮多因素隨機(jī)波動(dòng)的6-sigma穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化模型,開發(fā)了6-sigma穩(wěn)健優(yōu)化程序.通過(guò)對(duì)波動(dòng)引起的質(zhì)量分散效應(yīng)

3、進(jìn)行數(shù)學(xué)量化,達(dá)到了在設(shè)計(jì)階段提高產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和穩(wěn)健性的目的.分析了傳統(tǒng)的確定性優(yōu)化、可靠性優(yōu)化和6-sigma穩(wěn)健設(shè)計(jì)對(duì)噪聲因素的不同度量方法.通過(guò)實(shí)例對(duì)比,表明所提出的方法可以有效降低質(zhì)量目標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)變量波動(dòng)的敏感性,同時(shí)也使得設(shè)計(jì)的可靠性得到顯著提高.針對(duì)板料成形工藝等具有明顯的多目標(biāo)優(yōu)化特性,提出了基于遺傳算法的6-sigma多目標(biāo)穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法.對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)中由噪聲因素引起的多目標(biāo)質(zhì)量波動(dòng)特性進(jìn)行了分析.通過(guò)對(duì)不同實(shí)例進(jìn)行優(yōu)

4、化,結(jié)果表明所提出的方法較確定性多目標(biāo)優(yōu)化從整體上提高了優(yōu)化解的穩(wěn)定性和可靠性. 提出了6-sigma穩(wěn)健設(shè)計(jì)的序列雙響應(yīng)面優(yōu)化方法,以解決多設(shè)計(jì)變量情況下穩(wěn)健優(yōu)化計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題.根據(jù)響應(yīng)面法可以建立設(shè)計(jì)響應(yīng)和設(shè)計(jì)變量之間顯式的非線性映射關(guān)系,以及響應(yīng)面法的序慣性特點(diǎn),通過(guò)改進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和推導(dǎo)的概率分布特征計(jì)算公式來(lái)獲得雙響應(yīng)面近似模型,基于該近似模型進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)可以同時(shí)提高優(yōu)化效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量.為獲得板料沖壓成形中噪聲因

5、素的概率分布特性,通過(guò)對(duì)不同種類鋼板進(jìn)行材料性能拉伸測(cè)試,獲得了材料性能的概率分布情況,通過(guò)板料的拉深試驗(yàn)研究,測(cè)量了成形工藝參數(shù)的隨機(jī)分布特性.分析了材料性能、成形參數(shù)等噪聲因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)影響的顯著性.分別基于數(shù)值模擬和試驗(yàn)對(duì)板料拉深成形進(jìn)行田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)研究,兩者獲得的最優(yōu)參數(shù)組合相吻合. 為將6-sigma穩(wěn)健設(shè)計(jì)應(yīng)用到板料成形工藝中,并提高優(yōu)化效率,開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助穩(wěn)健試驗(yàn)設(shè)計(jì)程序.基于此程序和給出的板料成形6-sig

6、ma穩(wěn)健設(shè)計(jì)流程對(duì)不同沖壓件成形進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì),通過(guò)和不同優(yōu)化方法相比較,表明6-sigma穩(wěn)健優(yōu)化不僅提高了最優(yōu)解的穩(wěn)定性,降1氐了質(zhì)量目標(biāo)的變異,而且使設(shè)計(jì)達(dá)到了6-sigma質(zhì)量水平.采用試驗(yàn)分別驗(yàn)證了本文采用的數(shù)值模擬和穩(wěn)健優(yōu)化方法的可靠性.表明采用本文方法可以用于拉深成形的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和質(zhì)量改進(jìn). 將所提出的6-sigma多目標(biāo)穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到復(fù)雜零件的成形中,所獲得的Pareto解集有效地實(shí)現(xiàn)了不同優(yōu)化目標(biāo)之間的權(quán)衡