板料成形工藝與模具多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、板料沖壓成形是一種十分重要的金屬板塑性加工技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。然而，板料成形經(jīng)歷復(fù)雜的變形過程，合理地確定成形工藝與模具對提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。此外，在國際制造業(yè)以縮短產(chǎn)品市場化周期、降低產(chǎn)品開發(fā)費用以及減輕產(chǎn)品重量作為競爭目標(biāo)的大背景下，板料成形工藝與模具的優(yōu)化設(shè)計問題受到各國工程和研究人員的日益關(guān)注。 本文建立了板料成形工藝與模具多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計模型。針對板料成形的非線性特點，將影

2、響板料成形的主要因素分為三類，即：材料類、工藝類以及模具類，作為優(yōu)化設(shè)計變量；總結(jié)部分板料成形的工藝知識、設(shè)計規(guī)范以及設(shè)計經(jīng)驗，并轉(zhuǎn)化為優(yōu)化設(shè)計的約束條件；針對板料成形的主要缺陷形式：破裂、起皺、塑性變形量不足、厚向變形不均勻以及形狀不良五個方面，建立了面向成形和回彈過程的成形性評價目標(biāo)函數(shù)；研究了Pareto最優(yōu)解的含義，并提出采用多目標(biāo)遺傳算法求解Pareto最優(yōu)解。 在研究了拉丁方法、響應(yīng)面法以及有限元法的基礎(chǔ)上，提出了加

3、快優(yōu)化效率并保證計算精度的“三步法”優(yōu)化策略，并實現(xiàn)了優(yōu)化系統(tǒng)的集成。首先，采用拉丁方法試驗設(shè)計，基于數(shù)值模擬的試驗設(shè)計結(jié)果用于構(gòu)建響應(yīng)面函數(shù)；然后，采用多目標(biāo)遺傳算法對響應(yīng)面函數(shù)求解，得到Pareto最優(yōu)解；最后，采用有限元法對選擇的Pareto最優(yōu)解精確分析、驗證。以柱面扁殼為例，建立了與試驗?zāi)Ｐ拖嘁恢碌亩嗄繕?biāo)優(yōu)化設(shè)計模型，采用“三步法”優(yōu)化策略，對其成形和回彈過程進行了數(shù)值分析，驗證了所提出的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計模型的正確性和優(yōu)化技術(shù)的

4、可靠性。 以NUMISHEET'93標(biāo)準考題的方盒形件拉深成形為對象，分別研究了時變壓邊力曲線和分塊壓邊力曲線的優(yōu)化設(shè)計方法；基于等效拉深筋模型，研究了拉深筋阻力的優(yōu)化設(shè)計方法；并以汽車發(fā)動機罩外板為例，以塑性變形不足最小和厚向變形不均勻最小為目標(biāo)函數(shù)，驗證了壓邊力和拉深筋阻力等工藝參數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計效果。 提出基于網(wǎng)格變形技術(shù)的模具型面優(yōu)化設(shè)計方法，網(wǎng)格變形技術(shù)通過修改當(dāng)前有限元網(wǎng)格的節(jié)點坐標(biāo)，實現(xiàn)模具型面的幾何變化

5、，并將幾何變化量轉(zhuǎn)化為優(yōu)化設(shè)計變量，采用本文提出的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)模具型面的優(yōu)化設(shè)計。以汽車行李箱外板為例，以拉深檻高度為設(shè)計變量，以塑性變形量不足最小和形狀不良最小為目標(biāo)函數(shù)，驗證了工藝補充面和壓料面的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計效果。研究表明基于網(wǎng)格變形技術(shù)的模具型面優(yōu)化設(shè)計，可以顯著地提高模具設(shè)計水平并加速模具設(shè)計效率。 以車身翼子板為例，研究其拉延工藝壓邊力和拉深筋阻力的優(yōu)化設(shè)計，與實際拉延結(jié)果對比，驗證了本文所提出的多變量耦合、多目