板料成形工藝與模具多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(duì)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(chǎng)化周期、降低產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用以及減輕產(chǎn)品重量作為競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)的大背景下，板料成形工藝與模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)模型。針對(duì)板料成形的非線性特點(diǎn)，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(jì)變量；總結(jié)部分板料成形的工藝知識(shí)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并轉(zhuǎn)化為優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件；針對(duì)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(gè)方面，建立了面向成形和回彈過程的成形性評(píng)價(jià)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(jì)算精度的“三步法”優(yōu)化策略，并實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化系統(tǒng)的集成。首先，采用拉丁方法試驗(yàn)設(shè)計(jì)，基于數(shù)值模擬的試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)選擇的Pareto最優(yōu)解精確分析、驗(yàn)證。以柱面扁殼為例，建立了與試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嘁恢碌亩嗄繕?biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，采用“三步法”優(yōu)化策略，對(duì)其成形和回彈過程進(jìn)行了數(shù)值分析，驗(yàn)證了所提出的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的正確性和優(yōu)化技術(shù)的

4、可靠性。 以NUMISHEET'93標(biāo)準(zhǔn)考題的方盒形件拉深成形為對(duì)象，分別研究了時(shí)變壓邊力曲線和分塊壓邊力曲線的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)方法；并以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)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(jì)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(jì)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(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)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(jì)變量，采用本文提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)模具型面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。以汽車行李箱外板為例，以拉深檻高度為設(shè)計(jì)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(yàn)證了工藝補(bǔ)充面和壓料面的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)，可以顯著地提高模具設(shè)計(jì)水平并加速模具設(shè)計(jì)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(jì)，與實(shí)際拉延結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了本文所提出的多變量耦合、多目