汽車轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造智能設(shè)計系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，作為制造汽車受力件和關(guān)鍵件主要手段的鍛造工藝在汽車零部件制造中占有重要地位。轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車上的重要零件，品種多，用量大，目前主要通過鍛造工藝進行生產(chǎn)。轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車鍛件中最難生產(chǎn)的鍛件之一，其鍛造設(shè)計水平代表了汽車鍛件的最高設(shè)計水平。轉(zhuǎn)向節(jié)在鍛造分類上屬于枝杈類鍛件，此類鍛件鍛造工序多，鍛造工藝復(fù)雜，對其鍛造工藝與模具設(shè)計要求高。 目前，轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造生產(chǎn)面臨的主要問題是：鍛件材料利用率低，鍛造能耗高；轉(zhuǎn)向

2、節(jié)新品開發(fā)主要依靠設(shè)計者的經(jīng)驗，開發(fā)周期長，費用高，風(fēng)險大。針對以上問題，本文重點研究轉(zhuǎn)向節(jié)的鍛造工藝設(shè)計和鍛造智能化設(shè)計。通過有限元分析和實驗研究相結(jié)合的方法，以省材節(jié)能為目的，進行轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造工藝優(yōu)化與開發(fā)；開發(fā)轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造設(shè)計專家系統(tǒng)，用來指導(dǎo)轉(zhuǎn)向節(jié)的鍛造工藝與模具設(shè)計，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)新品的短周期、低費用和高質(zhì)量的開發(fā)模式。 本文采用有限元軟件DEFORM-3D對典型轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造過程進行了數(shù)值模擬。通過鍛造過程金屬流動分析、鍛件和模

3、具應(yīng)力/應(yīng)變場分析、鍛件溫度場分析和成形過程力能曲線分析，獲得了轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造過程的成形規(guī)律。同時分析了摩擦因子等工藝參數(shù)對轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造過程的影響。通過以上研究，給出了轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造過程中可能出現(xiàn)的缺陷及原因，為轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造工藝優(yōu)化與模具設(shè)計提供指導(dǎo)。 本文開發(fā)了一種復(fù)雜枝杈類鍛件的鍛造新工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)該類鍛件在熱模鍛壓力機上的一火鍛造。通過數(shù)值模擬和實驗相結(jié)合的方法，以SK2鍛件為例，設(shè)計了合理的制坯工序，開發(fā)了封閉飛邊閉式模鍛工藝用于預(yù)

4、鍛工序，實現(xiàn)了該鍛件的一火鍛造，降低了能耗。本文同時針對長桿類轉(zhuǎn)向節(jié)臥式鍛造工藝進行研究，以SK1鍛件為例，開發(fā)了一種新的鍛造工藝。該工藝采用直接擠出桿部的制坯工藝，使預(yù)制坯的材料分配更為合理；同時開發(fā)了控制飛邊閉式模鍛工藝用于預(yù)鍛工序。新工藝顯著提高了材料利用率。 本文針對轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進行研究。提出了單元和形狀因子的概念，用來描述鍛件特征，建立鍛件特征信息模型。所建鍛件特征信息模型既包含了特征尺寸，又包含了

5、特征形狀。為建立轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件不同特征形狀對鍛造過程影響的統(tǒng)一評判標(biāo)準(zhǔn)，定義了六種單元類型，并對不同類型單元的成形過程進行了研究。在保證體積不變的前提下，建立了不同類型單元的成形模型，通過對比成形過程最大打擊能量，得到了不同類型單元對成形過程影響的程度。在此基礎(chǔ)上，計算得到單元形狀因子的大小，通過形狀因子對單元尺寸的修正得到鍛件特征信息。將轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件和模具特征信息分別作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出向量，建立了轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該模型不僅

6、考慮了鍛件特征尺寸對成形過程的影響，也考慮了特征形狀的影響，同時將特征形狀的影響數(shù)值化。本文同時針對轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的類型、控制參數(shù)和訓(xùn)練算法進行了研究。研究了在不同網(wǎng)絡(luò)類型、控制參數(shù)和訓(xùn)練算法下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂情況和預(yù)測精度，給出了確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的建議。 本文研究了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、知識表示和推理方式，在此基礎(chǔ)上，將轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造設(shè)計理論和經(jīng)驗知識同人工智能理論有機地結(jié)合在一起，開發(fā)了汽車轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造設(shè)計專家系統(tǒng)FD

7、esign-SK。研究了三十多組不同型號的轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造實例，總結(jié)了其中的設(shè)計經(jīng)驗，并將這些經(jīng)驗知識存儲在系統(tǒng)中。該系統(tǒng)實現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的協(xié)同式集成，克服了傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)具有的推理單調(diào)性、知識獲取比較困難及不存在統(tǒng)一的知識表示方法等缺陷。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，界面友好，操作簡單。系統(tǒng)采用開放式設(shè)計，具備良好的自學(xué)習(xí)功能，可以根據(jù)需要不斷擴充和完善訓(xùn)練樣本庫，用來擴大系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，提高預(yù)測精度和穩(wěn)定性。本文最后通過鍛造實例，給出了利