鋁型材擠 壓模具智能設(shè)計(jì)理論研究.pdf

1、士居 戈. 摘 要摘 要一 碗 今 的 鋁 型 材 擠 壓 生 產(chǎn) 仍 停 留 在 憑 經(jīng) 驗(yàn) 設(shè) 計(jì) 階 段 ， 即 依 據(jù) 設(shè) 計(jì) 者 的 經(jīng) 驗(yàn) ， 靠不斷試驗(yàn)來設(shè)計(jì)模具和確定成形工藝。 事實(shí)上，鋁型材擠壓生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的、離散性的系統(tǒng)，具有模糊性、隨機(jī)性的特征。 型材擠壓模具的設(shè)計(jì)也是一個(gè)復(fù)雜的、綜合分析的、反復(fù)進(jìn)行的過程。 需要多學(xué)科的 專門知識(shí)與豐富的經(jīng)驗(yàn)才能獲得一個(gè)良 好的設(shè)計(jì)，其中很多工作是非數(shù)據(jù)計(jì)算的，不是以 數(shù)學(xué)公式

2、為核心，而更多的是通過思考、推理和判斷來解決。因此基于 “ 數(shù)據(jù)十 算法+ 繪圖”的傳統(tǒng) C A D 技術(shù)，己 不適應(yīng)鋁型材設(shè)計(jì)與開發(fā)的需要。為了 提高鋁型材制造業(yè)對(duì)今后市場(chǎng)變化和小批量、多品種產(chǎn)品要求的 迅速響應(yīng)能力， 鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)應(yīng)向集成化、智能化、自 動(dòng)化方向發(fā)展;向模型 化、 最 優(yōu)化、 柔 性化 為 特征的 工 程科 學(xué)階 段 ( 集 成 化階 段) 過 渡， 逐漸 形成 面 向C I M s 的 、 可 對(duì) 設(shè) 計(jì) 全

3、 過 程 提 供 一 體 化 的 計(jì) 算 機(jī) 支 持 的 智 能 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng)。 萬(wàn)本課題就是采用C 語(yǔ)言編程， 運(yùn)用數(shù)值計(jì)算技術(shù) ( 有限元法) 、 實(shí)時(shí)計(jì) 算技術(shù) ( 力學(xué)問 題的 神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)計(jì)算) 、 參數(shù)化設(shè) 計(jì)技術(shù) ( A u t o L i s p 自 動(dòng)編程) 、 計(jì)算機(jī)智能技術(shù) ( 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法) 等方法對(duì)生 產(chǎn)方管鋁型材用的 擠壓模具進(jìn)行強(qiáng)度校核、實(shí)時(shí)計(jì)算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、自 動(dòng)繪圖與動(dòng)態(tài)模擬，以期探索出一條鋁型

4、材擠壓模具的智能設(shè)計(jì)思路， 為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)提供一種新的設(shè)計(jì)方法學(xué)。 一 〔 本 課 題 作 了 以 下 幾 方 面 研 究 · 首次把彈性有限元方法應(yīng)用于生產(chǎn)方管鋁型材的擠壓模具強(qiáng)度分析中。 即用彈性有限元法計(jì)算出 模具內(nèi)部各點(diǎn)處的 等效應(yīng)力、 等效應(yīng)變等力能參數(shù)及其分布規(guī)律，找出 模具的應(yīng)力集中處， 進(jìn)而對(duì)模具強(qiáng)度進(jìn)行定量計(jì)算與分析。用人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)有限元中 單元?jiǎng)偠染仃嚭涂傮w剛度矩陣的實(shí)時(shí)求解。 有限 元法解題的最

5、關(guān)鍵、 最費(fèi)時(shí)之處是單元?jiǎng)偠染仃嚨?求解和總體剛度矩陣的集成。 本文采用人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)建立了 單元?jiǎng)偠染仃嚫髟亻g、 單元?jiǎng)偠染仃囅?總體剛度矩陣集成的映射關(guān)系， 為有限 元計(jì)算的實(shí)時(shí)求解奠定了基礎(chǔ)。首次用人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)與遺傳算法對(duì)型材擠壓模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。即采用 B P神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)與遺傳算法相結(jié)合的方法， 優(yōu)化了一鋁型材擠壓模具。 結(jié)果表明，優(yōu)化后的 擠壓模具應(yīng)力集中 現(xiàn)象明顯降 低、 危險(xiǎn)點(diǎn)處應(yīng)力大大減少， 這將提摘 要 Ut 大

6、 一 筍 麟士L 靈ABS T RACTN o w a d a y s , A l u m i n u m p r o f i l e s e x t r u s i o n p r o d u c t i o n i s s t i l l s t a y i n g i n a e x p e r i e n c e d e s i g n s t a g e , i . e . : e x t r u s

7、 i o n d i e s d e s i g n a n d c o n s t i t u t i n g p l a s t i c f o r m i n g t e c h n o l o g y a r e c a r r i e d o n b y d e s i g n e r s ' e x p e r i e n c e a n d “ t r i a l a n d e r

8、 r o r “ , w h i c h d o e s n o t f i t i n w i t h t h e n e e d o f d e v e l o p m e n t o f o u r m o d e r n s o c i e t y r a d i c a l l y . I n f a c t , t h e p r o f i l e s p r o d u c t i o

9、 n i s a c o m p l i c a t e d a n d d i s c r e t e p r o c e s s w i t h t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f f u z z i n e s s , r a n d o m n e s s . T h e d e s i g n o f A l u m i n u m p r o f i

10、 l e e x t r u s i o n d i e s i s a l s o a v e r y c o m p l i c a t e d p r o c e s s w h i c h n e e d s c o m p o s i t i v e a n a l y s i s a n d r e p e a t o p e r a t i o n . M a n y t h i n g s

11、 i n a d i e d e s i g n a r e o f n o n - d a t a c o m p u t a t i o n , a n d h a v e n o t a m a t h e m a t i c s f o r m u l a t i o n t o r e l y o n , a n d m o r e t h i n k i n g , r e a s o

12、n i n g a n d j u d g i n g a r e n e e d e d . T h u s , t h e f a r t h e r d e v e l o p m e n t o f t r a d i t i o n a l c o m p u t e r a i d e d d e s i g n b a s e d o n d a t a - c o m p u t a t i o n m e

13、 t h o d - p l o t i n g f a l l s i n t r o u b l e .I n o r d e r t o e n h a n c e t h e r a p i d r e s p o n d i n g a b i l i t y b y w h i c h m a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e s w i l l

14、 c o p e w i t h f u t u r e m a r k e t c h a n g e s a n d l i t l e q u a n t i t y , m u l t i - b r e e d p r o d u c t s , e n g i n e e r i n g d e s i g n i s d e v e l o p i n g t o w a r d i n t e g r

15、 a t i n g , i n t e l l i g e n t , a u t o m a t i z a t i o n . N o w , t h e d e v e l o p m e n t t r e n d o f A l u m i n u m p r o f i l e s p r o d u c t i o n i s i n t h e d i r e c t i o n o f e

16、n g i n e e r i n g s c i e n t i f i c s t a g e ( i . e . i n t e g r a t i n g ) w h i c h h a s a r e m a r k a b l e c h a r a c t e r i s t i c s w i t h m o d e l i n g , o p t i m i z i n g a n d f l

17、e x i b i l i t y , t h e e x t r u s i o n d i e s d e s i g n i s g r a d u a l l y b e c o m i n g a C I MS - o r i e n t e d i n t e l l i g e n t d e s i g n s y s t e m w h i c h c a n p r o v i d e t

18、 h e a l l d e s i g n p r o c e s s w i t h c o m p l e t e c o m p u t e r s s u p p o r t .I n t h i s p a p e r , m a n y m e t h o d s a n d t e c h n o l o g y a r e u s e d t o v e r i f y t h e

19、 s t r e n g t h , t o c o m p u t e a l l k i n d s o f p a r a m e t e r s i n r e a l - t i m e , t o o p t i m i z e t h e s t r u c t u r e , t o p l o t s t r u c t u r e c h a r t s a u t o m a t i

20、c a l l y , t o s i m u l a t e t h e m e t a l f l o w s t a t e o f p r o f i l e e x t r u s i o n d i e s , s u c h a s n u m e r i c c o m p u t a t i o n t e c h n o l o g y ( F E M ) , r e a l - t

21、i m e c o m p u t a t i o n t e c h n o l o g y ( A r t i f i c i a l N e u r a l N e t w o r k s c o m p u t a t i o n i n m e c h a n i c s q u e s t i o n s ) , p a r a m e t e r i z a t i o n d e s i g n t

22、e c h n o l o g y ( a u t o m a t i c p r o g r a m m i n g i n A u t o L i s p L a n g u a g e ) , c o m p u t e r i n t e l l i g e n t t e c h n o l o g y ( A r t i f i c i a l N e u r a l N e t w o r k s a

23、 n d G e n e t i c A l g o r i t h m ) , s o t h a t a i n t e l l i g e n t d e s i g n m e t h o d a b o u t A l u m i n u m p r o f i l e e x t r u s i o n d i e s c a n b e f o u n d , a n d a n e w

24、 m e t h o d o l o g y o f p r o f i l e e x t r u s i o n d i e s d e s i g n i n r e a l i n d u s t r y p r o d u c t i o n w i l l b e e s t a b l i s h e d .T h e f o l l o w s a r e s t u d i e d i n

25、 t h i s p a p e r :1 I t wa s t h e f i r s t t i met o b r i n g e l a s t i c F E M r e c t a n g l e A l u m i n u m i n t o t h e s t r e n g t h a n a l y s i s o f a e x t r u s i o nd i e u s e d

26、 t o p r o d u c e p r o f i l e s . E l a s t i c F E Mc a l c u l a t e d t h e e q u i v a l e n t s t r e s s , e q u i v a l e n t s t r a i n a n d o t h e r m e c h a n i c swa s u s e d t op a r a m