板料拉深成形工藝的6-sigma穩(wěn)健優(yōu)化設計研究.pdf

1、影響板料沖壓成形質(zhì)量的設計參數(shù)很多,不合理的參數(shù)選擇可能會導致嚴重的產(chǎn)品缺陷.隨著計算技術和有限元理論的快速發(fā)展,基于數(shù)值模擬的板料成形工藝優(yōu)化不僅可以降低繁瑣的人工修改,而且可以快速、有效地尋找到最優(yōu)參數(shù)組合,因此該技術已成為金屬板料成形工藝設計與分析的重要手段.但由于設計參數(shù)和設計響應之間的非線性隱式關系,基于梯度的傳統(tǒng)優(yōu)化技術面l臨計算時間超長等新的挑戰(zhàn).另外,實際生產(chǎn)中影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的因素很多,材料性能和潤滑條件的波動、模具

2、的磨損等噪聲因素可能會導致沖壓失效或顯著增加廢品率.沖壓質(zhì)量的評判存在多種準則,它們之間可臺皂會相互沖突,有必要協(xié)調(diào)多目標之間的關系并降低多個優(yōu)化目標對隨機波動的敏感性.上述問題已成為目前板料成形優(yōu)化迫切需要解決的前沿性課題.本文從如下幾個方面著手對上述問題進行研究: 針對實際生產(chǎn)工藝和材料中存在的波動,提出了考慮多因素隨機波動的6-sigma穩(wěn)健設計方法和優(yōu)化模型,開發(fā)了6-sigma穩(wěn)健優(yōu)化程序.通過對波動引起的質(zhì)量分散效應

3、進行數(shù)學量化,達到了在設計階段提高產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和穩(wěn)健性的目的.分析了傳統(tǒng)的確定性優(yōu)化、可靠性優(yōu)化和6-sigma穩(wěn)健設計對噪聲因素的不同度量方法.通過實例對比,表明所提出的方法可以有效降低質(zhì)量目標對設計變量波動的敏感性,同時也使得設計的可靠性得到顯著提高.針對板料成形工藝等具有明顯的多目標優(yōu)化特性,提出了基于遺傳算法的6-sigma多目標穩(wěn)健設計方法.對多目標優(yōu)化設計中由噪聲因素引起的多目標質(zhì)量波動特性進行了分析.通過對不同實例進行優(yōu)

4、化,結(jié)果表明所提出的方法較確定性多目標優(yōu)化從整體上提高了優(yōu)化解的穩(wěn)定性和可靠性. 提出了6-sigma穩(wěn)健設計的序列雙響應面優(yōu)化方法,以解決多設計變量情況下穩(wěn)健優(yōu)化計算時間過長的問題.根據(jù)響應面法可以建立設計響應和設計變量之間顯式的非線性映射關系,以及響應面法的序慣性特點,通過改進的試驗設計方案和推導的概率分布特征計算公式來獲得雙響應面近似模型,基于該近似模型進行穩(wěn)健設計可以同時提高優(yōu)化效率和設計質(zhì)量.為獲得板料沖壓成形中噪聲因

5、素的概率分布特性,通過對不同種類鋼板進行材料性能拉伸測試,獲得了材料性能的概率分布情況,通過板料的拉深試驗研究,測量了成形工藝參數(shù)的隨機分布特性.分析了材料性能、成形參數(shù)等噪聲因素對產(chǎn)品質(zhì)量目標影響的顯著性.分別基于數(shù)值模擬和試驗對板料拉深成形進行田口穩(wěn)健設計研究,兩者獲得的最優(yōu)參數(shù)組合相吻合. 為將6-sigma穩(wěn)健設計應用到板料成形工藝中,并提高優(yōu)化效率,開發(fā)了計算機輔助穩(wěn)健試驗設計程序.基于此程序和給出的板料成形6-sig

6、ma穩(wěn)健設計流程對不同沖壓件成形進行穩(wěn)健設計,通過和不同優(yōu)化方法相比較,表明6-sigma穩(wěn)健優(yōu)化不僅提高了最優(yōu)解的穩(wěn)定性,降1氐了質(zhì)量目標的變異,而且使設計達到了6-sigma質(zhì)量水平.采用試驗分別驗證了本文采用的數(shù)值模擬和穩(wěn)健優(yōu)化方法的可靠性.表明采用本文方法可以用于拉深成形的工藝參數(shù)設計和質(zhì)量改進. 將所提出的6-sigma多目標穩(wěn)健設計方法應用到復雜零件的成形中,所獲得的Pareto解集有效地實現(xiàn)了不同優(yōu)化目標之間的權(quán)衡