方管铝型材挤压过程智能化设计系统的研究

摘要

现今的铝型材挤压生产仍停留在凭经验设计阶段,也就是依据设计者的经验,靠不断试验来设计模具和确定成形工艺。事实上,铝型材挤压生产是一个复杂的、离散性的系统,具有模糊性、随机性的特征。型材挤压模具的设计也是一个复杂的、综合分析的、反复进行的过程,需要多学科的专门知识与丰富的经验才能获得一个良好的设计,其中很多工作是非数据计算的,并不是以数学公式为核心,而更多的是通过思考、推理和判断来解决。因此基于“数据+算法+绘图”的传统CAD技术,已不适应铝型材设计与开发的需要。
　　 为了提高铝型材制造业对今后市场变化和小批量、多品种产品要求的迅速响应能力,铝型材挤压模具设计应向集成化、智能化、自动化方向发展,向模型化、最优化、柔性化为特征的工程科学阶段(集成化阶段)过渡,逐渐形成面向CIMS的、可对设计全过程提供一体化的计算机支持的智能设计系统。
　　 本课题就是采用VB语言编程,运用数值分析技术(有限元法)、参数化设计技术、神经网络技术等对方管铝型材挤压模具进行强度校核、实时计算、模具优化以及模具自动绘图,以期探索出一条铝型材挤压过程的智能化设计思路,为实际工业生产提供一种新的设计方法。
　　 本课题主要做了以下几方面研究:
　　 (1)把弹性有限元方法应用于方管铝型材挤压模具的强度分析中。即用弹性有限元法计算出模具内部各点的等效应力、等效应变等力能参数,根据其分布规律,找出模具的应力集中点,进而对模具强度进行分析。
　　 (2)用APDL语言对型材挤压模具进行参数化设计。即采用ANSYS参数化编程语言APDL对方管铝型材挤压模具进行了三维参数化建模。
　　 (3)用有限元法对铝型材挤压模具的温度场进行了计算。用有限元法计算了模具的温度分布,这为研究模具在不同温度条件下的应力状态做好了准备。
　　 (4)用BP神经网络与遗传算法相结合优化模具。采用BP神经网络与遗传算法相结合,能够对模具进行实时计算,并优化出模具结构设计参数。
　　 (5)完成模具自动绘图。利用AutoCAD提供的VisualLisp开发环境,采用优化后的模具结构设计参数,完成模具上模、下模以及装配图的绘制。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 本课题研究背景

1.2 工模具在铝型材挤压中的重要地位及发展概况

1.2.1 工模具在铝型材挤压生产中的重要地位

1.2.2 铝型材挤压工模具的发展概况

1.3 本课题研究意义

1.4 本课题主要研究内容

2 铝型材挤压过程智能化设计关键技术

2.1 有限元数值分析技术

2.1.1 有限元法的基本理论

2.1.2 温度场数值模拟的基本理论

2.2 ANSYS次开发技术简介

2.2.1 APDL语言介绍

2.2.2 APDL语言特点

2.3 Visual Basic程序设计语言

2.3.1 Visual Basic的特点

2.3.2 Visual Basic界面设计方法

2.3.3 Visual Basic调用外部程序方法

2.4 铝型材挤压模具结构优化设计概述

2.4.1 优化算法简介

2.4.2 BP神经网络算法

2.4.3 遗传算法特征及功能

2.5 本章小结

3 铝型材挤压模具的有限元分析

3.1 铝型材挤压模具结构分析简介

3.1.1 平面分流组合模的工作原理和特点

3.1.2 平面分流组合模结构

3.2 挤压模具的强度分析

3.2.1 材料的选择

3.2.2 模型建立及离散化过程

3.2.3 加载及求解

3.2.4 后处理

3.3 挤压过程中的温度场分析

3.4 本章小结

4 铝型材挤压模具智能系统的设计

4.1 参数化设计系统的基本特征

4.2 铝型材挤压模具结构的参数化程序设计

4.3 自动绘图程序及简单说明

4.4 图形方式用户界面的设计

4.4.1 有限元软件主菜单窗口设计

4.4.2 基材前处理子窗口设计

4.4.3 建立模型子窗口设计

4.4.4 强度分析子窗口

4.4.5 温度场分析子窗口

4.4.6 模具结构优化子窗口设计

4.4.7 自动绘图窗口

4.4.8 型材后处理窗口

4.5 本智能系统在实际挤压生产中的应用

4.5.1 生产厂家及挤压零件

4.5.2 实验验证过程简介

4.5.3 实验结果及分析

4.5.4 本章小结

5 结论

参考文献

作者简历

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