基于响应面法的拉延工艺参数优化设计

摘要

在实际的冲压过程中,设计变量,如各工具摩擦系数、材料的各向异性系数及硬化指数、拉深筋的举力和阻力、压边圈的压边力等的波动不仅会让冲压工艺设计和模具的设计变得极为困难,还会使得成形后零件的质量不稳定。传统的工艺分析主要依靠设计者的经验,通过反复的修模试模过程来获取满足条件的工艺参数组合。这不仅增加了产品的开发周期和生产成本,而且很难获得上述耦合工艺参数的最优组合。随着计算机技术与有限元理论的发展,基于数值模拟的冲压工艺参数优化设计得到了很大的发展。但是依靠单纯的迭代设计和传统的简单加权方法不仅会导致优化计算模拟时间过长,也不能得到冲压质量稳定的零件。目前对汽车覆盖件进行的冲压工艺多是依据独立的CAE软件进行有限元分析。而CAE软件的造型能力一般都很差,设计模型在CAD与CAE平台中的不断转换也会导致数据丢失、精度下降等问题,这也会影响到优化分析的精度,针对上述问题,本文基于Pro/E平台,在已开发板料成形仿真系统FormingSimulationApplication(FSA)的基础上开发了拉延工艺参数优化和冲压成形稳健性分析的系统。
　　本文结合国家数控重大专项项目(No.2010ZX04014-072),对板料冲压成形工艺优化设计做了比较深入的研究,基于Pro/E平台和FSA成形仿真系统开发出了拉延工艺参数优化设计模块。
　　板料成形后的质量缺陷有很多,如破裂、起皱、回弹等,为了更好地评价优化算法的准确性,本文提出了基于成形极限图的优化目标。为了使优化过程中设计参数分布符合实际的生产过程,对冲压工艺参数的概率分布采用蒙特卡罗概率模型进行模拟。提出了二次响应面模型,以解决多个设计变量情况下优化模拟计算时间过长的问题。另外依据二次响应面模型来拟合工艺参数和成形质量指标之间的非线性映射关系,并结合遗传算法寻优的特性,有效地缩短了优化设计时间,提高了优化的效率。根据实际冲压过程的不同情况,提供了冲压工艺参数稳健设计的功能,并且通过成形零件后处理的各个结果变量和不同的参数之间的关系进行详尽的分析。
　　为了解决汽车覆盖件冲压工艺优化设计存在的问题,本文基于Pro/E平台开发的冲压工艺参数优化设计系统实现了CAD/CAE功能的无缝集合,并提供了手动优化和自动优化两个功能,后排座椅零件的优化分析和实际的冲压过程验证该系统的有效性。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题目的及意义

1.3 板料成形拉延工艺参数优化设计研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 优化目标函数及设计变量

2.1 引言

2.2 目标函数定义

2.3 优化设计变量

2.4 优化设计方法

2.5 本章小结

3 优化设计和优化方法研究

3.1 引言

3.2 蒙特卡罗模拟

3.3 二次响应面模型

3.4 遗传算法在优化设计中的应用

3.5 整个优化过程

3.6 本章小结

4 拉延工艺参数优化系统设计

4.1 引言

4.2 系统功能需求分析

4.3 批处理优化

4.4 自动优化

4.5 拉延工艺参数稳健性分析

4.6 本章小结

5 汽车覆盖件拉延工艺参数优化应用实例

5.1 引言

5.2 NumiSheet 2002翼子板的工艺优化分析模拟

5.3 后排座靠背支架的工艺优化分析模拟

5.4 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录1 硕士生期间发表论文