高強(qiáng)度金屬板多道次漸進(jìn)折彎成形及回彈研究.pdf

1、板料折彎是一種重要的成形方法。單一道次的折彎只適合簡(jiǎn)單型面工件的成形，對(duì)高強(qiáng)度大型復(fù)雜工件難于通過(guò)單道折彎加工而成。需采用多工步逐道漸進(jìn)折彎成形的方法，該方法是一種柔性的板料成形工藝。它把工件復(fù)雜型面逐道離散化，將工件型面復(fù)雜的幾何信息轉(zhuǎn)換成一系列單一道次的折彎參數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制每一道次的板料進(jìn)給量和凸模下壓位移參數(shù)來(lái)漸進(jìn)成形高精度工件。這種工藝尤其適合大型起重機(jī)的吊臂，水泥泵車(chē)伸縮折疊承載臂、石油天然氣壓力管道、橋梁臂、船體型線

2、外板等中小批量新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，可以大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本。
　　 板料的漸進(jìn)折彎成形是彈-塑性變形的一種方式，不可避免的存在回彈現(xiàn)象。回彈的存在將降低零件的幾何精度、影響后續(xù)的裝配、增加試修模以及成形后校形的工作量，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，制約著漸進(jìn)折彎成形的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，尤其是對(duì)用高強(qiáng)度高回彈鋼板成形大型工件的應(yīng)用。漸進(jìn)折彎成形回彈問(wèn)題是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，影響因素很多且相互耦合，表現(xiàn)出高度的非線性。這些使得對(duì)板料

3、折彎的回彈預(yù)測(cè)、回彈建模及回彈修正的研究不易深入，對(duì)涉及回彈要素的大型工件漸進(jìn)折彎成形工藝及回彈翹曲變形分析的研究報(bào)導(dǎo)更是鮮見(jiàn)。因此探索漸進(jìn)折彎成形工藝，研究有效的回彈預(yù)測(cè)、建模與補(bǔ)償方法，提高漸進(jìn)折彎成形工件的形位精度及消除工件的翹曲變形，是板材漸進(jìn)折彎成形領(lǐng)域迫切需要解決的難題。
　　 本文針對(duì)高強(qiáng)度板料折彎成形的特點(diǎn)，在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為研究手段，建立了回彈預(yù)測(cè)模型，并引入遺傳算法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾

4、值進(jìn)行優(yōu)化，有效避免了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)易陷入局部極小收斂性而得到全局最優(yōu)解。相比基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的回彈預(yù)測(cè)模型具有更高的預(yù)測(cè)精度和穩(wěn)定性。以量綱分析方法建立了回彈數(shù)學(xué)模型，引入了物理定律的量綱齊次原則和用于量綱分析建模的Buckingham pi 定理，推導(dǎo)出含各物理變量的計(jì)算公式，定量求解了折彎回彈與模具參數(shù)、板材參數(shù)之間的非線性關(guān)系。以離線閉環(huán)成形控制技術(shù)建立了回彈優(yōu)化修正模型。將自動(dòng)控制理論中反饋控制思想引入多道次漸進(jìn)折彎成形，提出一

5、種基于傅立葉結(jié)合小波變換的離線閉環(huán)控制迭代算法，進(jìn)行折彎凸模型面修正，實(shí)現(xiàn)回彈誤差的精確補(bǔ)償。上述三個(gè)模型結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)為實(shí)際生產(chǎn)中解決多道次漸進(jìn)折彎成形工藝、折彎模具設(shè)計(jì)、回彈、翹曲變形等問(wèn)題提供了一條新的途徑。
　　 本文基于板材成形彈塑性本構(gòu)模型，提出Hill各向異性屈服準(zhǔn)則、Swift硬化準(zhǔn)則、平面應(yīng)變假設(shè)條件下高強(qiáng)度鋼板折彎成形的理論問(wèn)題；推導(dǎo)了板料折彎時(shí)應(yīng)力應(yīng)變的彈塑性本構(gòu)方程；建立了用于漸進(jìn)折彎成形數(shù)值模擬的AB

6、AQUS三維彈塑性有限元模型；解決了成形工藝中板料進(jìn)給、凹模開(kāi)口、凸模位移加載等關(guān)鍵技術(shù)。
　　 利用適合動(dòng)態(tài)和非線性分析的ABAQUS/Explicit 顯式模塊模擬板料成形過(guò)程，適合靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析的ABAQUS/Standard 隱式模塊模擬板料的回彈過(guò)程。并將其應(yīng)用于一大型半橢圓形工件逐道成形與逐道回彈的數(shù)值模擬，包括成形工藝模擬及翹曲缺陷模擬。該方法不僅能獲得優(yōu)化的折彎模具參數(shù)與最佳的成形工藝參數(shù)，還揭示了板材屬性整體不