基于自適應模擬的變壓邊力優(yōu)化技術研究.pdf

1、近年來，鋁合金和高強度鋼板等輕量化材料大量用于汽車車身覆蓋件沖壓，以降低車身質量，從而減少排放和耗油。但是相對傳統(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)。通過調整壓邊力這一工藝參數(shù)可簡單而有效地提高這些難成形材料的成形性能，國內外學者和工程師對此進行了較為深入的研究，取得了許多成果。然而直至今天，變壓邊力技術仍然未在工業(yè)界實際生產中得到廣泛應用。變壓邊力優(yōu)化技術，尤其是

2、隨行程和位置聯(lián)動的高效變壓邊力優(yōu)化技術是限制這一方法用于生產的重要因素之一。本文針對這一問題，進行了系統(tǒng)的研究，從壓邊力成形窗口出發(fā)，采用PID反饋技術建立了變壓邊力優(yōu)化自適應模擬模型，實現(xiàn)了隨沖壓行程和位置同時對壓邊力進行優(yōu)化，該模型在圓杯、矩形盒、階梯盒和行李箱蓋內板等零件上的變壓邊力優(yōu)化和實驗驗證表明，該優(yōu)化技術可有效改善鋁合金用于這些零件的成形性能。本文的主要研究內容和創(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量指標的優(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和破裂失效判定，通過力學推導建立了杯形件破裂臨界壓邊力理論預測模型，結合前人的研究推導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、的成形零件質量比較和分析，對優(yōu)化變壓邊力工程路徑進行了驗證。 2)在討論包括法蘭邊起皺和側壁起皺、破裂、抗凹性和回彈等沖壓成形質量指標評價方法的基礎上，借助有限元數(shù)值自適應模擬和控制領域的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變得到有效強化和均勻分布，從而實現(xiàn)了整個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PlD反饋控制

5、器和反饋回路，則實現(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沖壓行程，從而實現(xiàn)隨行程和位置的壓邊力聯(lián)動優(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分析模塊實現(xiàn)壓邊力優(yōu)化自適應模擬，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)化設計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)化結果都通過變壓邊力壓機的實驗驗證，實驗結果與優(yōu)化模擬結果相符，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)化模型應用于真實的汽車車身沖壓件-行李箱蓋內板。該零件來自于NumiSheet’05年標準考題，為盡量還原真實情況，優(yōu)化模擬中采用了真實的幾何拉深筋模型。首先為該零件設計分塊壓邊圈，而后采用變壓邊力優(yōu)化算法進行優(yōu)化，建立其不同位置的11塊分塊壓邊圈隨行程