板料成形工藝與模具多目標優(yōu)化設計技術及應用研究.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，在工業(yè)領域有著極為廣泛的應用。然而，板料成形經歷復雜的變形過程，合理地確定成形工藝與模具對提高產品的質量，保證生產的穩(wěn)定性具有至關重要的作用。此外，在國際制造業(yè)以縮短產品市場化周期、降低產品開發(fā)費用以及減輕產品重量作為競爭目標的大背景下，板料成形工藝與模具的優(yōu)化設計問題受到各國工程和研究人員的日益關注。 本文建立了板料成形工藝與模具多目標優(yōu)化設計模型。針對板料成形的非線性特點，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)化設計變量；總結部分板料成形的工藝知識、設計規(guī)范以及設計經驗，并轉化為優(yōu)化設計的約束條件；針對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方面，建立了面向成形和回彈過程的成形性評價目標函數；研究了Pareto最優(yōu)解的含義，并提出采用多目標遺傳算法求解Pareto最優(yōu)解。 在研究了拉丁方法、響應面法以及有限元法的基礎上，提出了加

3、快優(yōu)化效率并保證計算精度的“三步法”優(yōu)化策略，并實現了優(yōu)化系統(tǒng)的集成。首先，采用拉丁方法試驗設計，基于數值模擬的試驗設計結果用于構建響應面函數；然后，采用多目標遺傳算法對響應面函數求解，得到Pareto最優(yōu)解；最后，采用有限元法對選擇的Pareto最優(yōu)解精確分析、驗證。以柱面扁殼為例，建立了與試驗模型相一致的多目標優(yōu)化設計模型，采用“三步法”優(yōu)化策略，對其成形和回彈過程進行了數值分析，驗證了所提出的多目標優(yōu)化設計模型的正確性和優(yōu)化技術的

4、可靠性。 以NUMISHEET'93標準考題的方盒形件拉深成形為對象，分別研究了時變壓邊力曲線和分塊壓邊力曲線的優(yōu)化設計方法；基于等效拉深筋模型，研究了拉深筋阻力的優(yōu)化設計方法；并以汽車發(fā)動機罩外板為例，以塑性變形不足最小和厚向變形不均勻最小為目標函數，驗證了壓邊力和拉深筋阻力等工藝參數的多目標優(yōu)化設計效果。 提出基于網格變形技術的模具型面優(yōu)化設計方法，網格變形技術通過修改當前有限元網格的節(jié)點坐標，實現模具型面的幾何變化

5、，并將幾何變化量轉化為優(yōu)化設計變量，采用本文提出的優(yōu)化設計技術實現模具型面的優(yōu)化設計。以汽車行李箱外板為例，以拉深檻高度為設計變量，以塑性變形量不足最小和形狀不良最小為目標函數，驗證了工藝補充面和壓料面的多目標優(yōu)化設計效果。研究表明基于網格變形技術的模具型面優(yōu)化設計，可以顯著地提高模具設計水平并加速模具設計效率。 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)化設計，與實際拉延結果對比，驗證了本文所提出的多變量耦合、多目