一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車結構件沖壓技術領域，具體地說是一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002]輕量化是現(xiàn)代汽車設計制造的必然趨勢。整車質量減小10%的情況下燃油效率能夠提高6%至8%，油耗能夠降低6%至10%，不僅提高了資源利用率，也減小了大氣污染。與此同時，汽車的相關性能將明顯提高，使用壽命也會延長。普通轎車車身質量達到整車質量的一半，減輕車身質量對整車輕量化意義重大。
[0003]目前車身輕量化的主要途徑是采用輕質材料。鋁合金材料強度高、密度小，在滿足同等力學性能條件下質量比鋼減少60%，發(fā)生碰撞時比鋼多吸收50%的能量，鋁板正逐漸取代鋼板成為汽車車身的主要材料。20世紀90年代末期，就已出現(xiàn)了從發(fā)動機罩、翼子板等部分車身鋁外板逐步發(fā)展為車身全部采用鋁外板的轎車，相對鋼板獲得了減重40?50%的效果。歐美鋁工業(yè)較發(fā)達，所以歐美在汽車鋁化方面走在前頭。德國奧迪AS型轎車車身均采用鋁材制造，框架采用立體框架式結構，覆蓋件為鋁板沖壓而成，曾被評為1994年全世界重要科技成果100項之一。這種鋁車身與鋼車身相比，質量減輕30%?50%，油耗減低5 %?8 %。日本本田公司生產(chǎn)的轎車車身用鋁合金達162kg，比鋼車身減重約40 %。
[0004]雖然鋁板作為車身材料已被應用，但其沖壓成形仍然存在很多問題。鋁合金板在材料參數(shù)、失效準則、硬化規(guī)律等多個方面均與普通鋼板有較大區(qū)別，鋁合金較之鋼板極限延伸率和彈性模量低，局部拉延性比鋼板差，在沖壓成形過程中容易出現(xiàn)起皺和拉裂等成形缺陷。因此，板料成形工藝的優(yōu)化一直是國內外學者研宄的熱點。
[0005]變壓邊力技術是改善板料成形性能的重要方法。Tetsuya Yagami等人在3個液壓缸上使用36個壓邊力控制模塊來控制材料的流動，優(yōu)化了壓邊力；Kozo Osakada通過控制FEM確定了最優(yōu)壓邊力加載曲線；龔志輝等人結合響應面技術和遺傳算法獲得了隨行程變化的最優(yōu)變壓邊力曲線；孫成智等人基于M-K法研宄了變壓邊力對鋁板沖壓成形過程的應變路徑的影響，結果表明隨時間漸增的變壓邊力能提高杯形拉深件的成形性能；陳關龍等人通過數(shù)值模擬研宄了隨位置變化的壓邊力對矩形盒形件成形質量的影響；包友霞等人改進了基于網(wǎng)格法和單純形法的混合算法，結合仿真軟件優(yōu)化了一球頭柱形杯零件的變壓邊力方案，減小了其局部最大減薄率。
[0006]盡管板料成形的變壓邊力技術已經(jīng)取得了很大成效，但變壓邊力的實現(xiàn)對壓機的要求比較高。對于普通壓機，要實現(xiàn)變壓邊力不僅難度大，而且成本高，不能滿足實際生產(chǎn)的需求。在沖壓過程中，壓邊間隙直接決定了壓邊力的大小，因此國外某些學者提出了變間隙壓邊的成形工藝技術。但是目前的研宄只是針對孤立的樣本點進行分析，沒有針對優(yōu)化目標求解最優(yōu)參數(shù)組合。鑒于此，本發(fā)明提出先建立各壓邊塊到凹模的間隙值與成形質量之間的數(shù)學模型，然后結合試驗設計方法、響應面近似模型技術和多目標優(yōu)化方法搜尋最優(yōu)解，為鋁板沖壓的成形工藝優(yōu)化提供了一種新的手段。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，設計一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法，其特征在于:包括如下步驟，
步驟一、建立數(shù)學模型:確定自變量及優(yōu)化目標，建立各壓邊塊到凹模的間隙值與成形質量之間的數(shù)學模型；
步驟二、確定設計方法:根據(jù)試驗因素、各因素水平以及試驗次數(shù)確定一種試驗設計方法安排采樣；
步驟三、劃分網(wǎng)格:結合實際工況、定義材料參數(shù)、運動參數(shù)、摩擦系數(shù)來進行劃分網(wǎng)格，所述的劃分網(wǎng)格為有限元網(wǎng)格劃分；
步驟四、仿真:根據(jù)劃分網(wǎng)格所限定的條件對采樣結果進行數(shù)據(jù)模擬仿真，得到板料的厚度分布圖；
步驟五、選取近似模型:建立優(yōu)華問題的近似模型；
步驟六、優(yōu)化:根據(jù)所建立的近似模型，運用一種優(yōu)化計算方法得到最優(yōu)解；
步驟七、組合仿真:在其他仿真條件不變的情況下，采用最優(yōu)解中的參數(shù)進行組合仿真，驗證該方法的可行性。
[0009]所述的建立數(shù)學模型包括如下步驟，
步驟一、模型準備:了解產(chǎn)品的實際背景，弄清產(chǎn)品的特征，明確建模目的及搜集建模所需的數(shù)據(jù)信息；
步驟二、模型假設:根據(jù)產(chǎn)品的特征和建模的目的對產(chǎn)品進行合理的簡化，用精確的語言作出假設；
步驟三、模型構成:根據(jù)假設分析的因果關系和內在規(guī)律，選擇適當?shù)臄?shù)學工具構造各個量之間的關系；
步驟四、模型求解:采用畫圖形或者解方程或者邏輯分析或者數(shù)據(jù)計算對模型求解；步驟五、模型分析:對模型求解的結果進行誤差分析、模型對數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性分析或者靈敏性分析；
步驟六、模型檢驗:將模型分析的結果翻譯回歸到實際情況中，與實際的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進行比較，檢驗模型的適用性及合理性。
[0010]所述的確定設計方法為全因子設計或者中心復合設計或者均勻設計或者正交設計或者拉丁超立方設計。
[0011]所述的有限元網(wǎng)格劃分的具體步驟如下，
(1)將UG軟件或者CATIA軟件中做好工具體和板料曲面轉換成IGS格式；
(2)將IGS格式導入DYNAF0RM軟件中；
(3)在DYNAF0RM軟件中點擊前處理模塊中的曲面網(wǎng)格劃分命令，當劃分工具體網(wǎng)格時選擇TOOL MESH命令，當劃分板料則選擇PART MESH命令；
(4)網(wǎng)格劃分進行檢查單元的重量。
[0012]所述的有限元網(wǎng)格劃分的方法為映射法或者Delaunay三角形剖分法或者四叉樹法。
[0013]所述的數(shù)據(jù)模擬的算法為靜力隱式算法或者動力顯示算法，仿真所用的軟件為DYNAF0RM5.9。
[0014]所述的選取近似模型的方法為多項式響應面模型或者人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型或者Kriging 模型。
[0015]所述的優(yōu)化計算方法為粒子群算法或者遺傳算法或者蟻群算法。
[0016]所述的優(yōu)化計算方法所用的軟件為Isight5.7。
[0017]本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，通過建立各壓邊塊間隙與成形質量之間的數(shù)學模型，結合試驗設計方法、響應面技術和多目標優(yōu)化方法得到最優(yōu)壓邊塊間隙組合，改善鋁板沖壓成形過程中的起皺和拉裂，為鋁板的沖壓成形工藝優(yōu)化提供了一種具有創(chuàng)新性和可行性的方法。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明優(yōu)化方法流程圖。
[0019]圖2為產(chǎn)品模型示意圖。
[0020]圖3為壓邊圈分塊圖。
[0021 ] 圖4為Pareto最優(yōu)解集示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
[0023]如圖1所示，一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法，包括如下步驟， 步驟一、建立數(shù)學模型:確定自變量及優(yōu)化目標，建立各壓邊塊到凹模的間隙值與成形質量之間的數(shù)學模型；
步驟二、確定設計方法:根據(jù)試驗因素、各因素水平以及試驗次數(shù)確定一種試驗設計方法安排采樣；
步驟三、劃分網(wǎng)格:結合實際工況、定義材料參數(shù)、運動參數(shù)、摩擦系數(shù)來進行劃分網(wǎng)格，所述的劃分網(wǎng)格為有限元網(wǎng)格劃分；
步驟四、仿真:根據(jù)劃分網(wǎng)格所限定的條件對采樣結果進行數(shù)據(jù)模擬仿真，得到板料的厚度分布圖；
步驟五、選取近似模型:建立優(yōu)華問題的近似模型；
步驟六、優(yōu)化:根據(jù)所建立的近似模型，運用一種優(yōu)化計算方法得到最優(yōu)解；
步驟七、組合仿真:在其他仿真條件不變的情況下，采用最優(yōu)解中的參數(shù)進行組合仿真，驗證該方法的可行性；即網(wǎng)格劃分方法及其質量要求、工具體位置、板料的材料及位置、摩擦系數(shù)、拉延筋、過程參數(shù)和控制參數(shù)等不變，用得到的最優(yōu)參數(shù)組合重新建立壓邊圈的有限元模型進行仿真。比較優(yōu)化前后零件產(chǎn)品區(qū)域的最大減薄率和最小增厚率，如果優(yōu)化后的最大減薄率和最小增厚率減小則優(yōu)化結果可接受，反之則需重新安排采樣和建立近似模型進行優(yōu)化。
[0024]建立數(shù)學模型包括如下步驟，
步驟一、模型準備:了解產(chǎn)品的實際背景，弄清產(chǎn)品的特征，明確建模目的及搜集建模所需的數(shù)據(jù)信息；