金屬板材數(shù)控漸進成形回彈機理與補償方法研究.pdf

1、板材數(shù)控漸進成形工藝不需要專用的模具,是一種柔性的成形工藝,它根據(jù)板材零件的成形要求設計數(shù)控程序,然后通過數(shù)控機床的進給系統(tǒng),成形工具按照一定的軌跡逐步地成形板材,直到得到需要的零件。這種工藝尤其適合于加工汽車覆蓋件、飛機蒙皮、潔具等小批量、多品種的產(chǎn)品以及新產(chǎn)品開發(fā),可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本和新產(chǎn)品開發(fā)的風險。
　　回彈是板材數(shù)控漸進成形過程中不可避免的現(xiàn)象,它直接影響著制件的成形精度,制約著漸進成形的進一步推廣和

2、應用。漸進成形回彈問題是一個十分復雜的問題,影響因素很多且相互耦合,表現(xiàn)出高度的非線性,再加上實際加工條件的復雜多變性,使問題變得更加難以把握。目前尚未見到有關(guān)漸進成形回彈機理分析的研究報導,漸進成形的回彈預測以及控制也沒有被全面、深入、系統(tǒng)的研究。因此分析漸進成形回彈機理,找到高效可靠的回彈預測與補償方法,提高數(shù)控漸進成形工件的成形精度,是板材數(shù)控漸進成形領(lǐng)域迫切需要解決的難題。
　　本文以數(shù)值模擬、計算機輔助檢測、數(shù)據(jù)挖掘和閉

3、環(huán)成形控制技術(shù)為研究手段,對板材數(shù)控漸進成形回彈機理、回彈的智能預測以及閉環(huán)補償方法等幾個方面進行了深入研究,為實際生產(chǎn)中解決回彈問題、提高工件成形質(zhì)量、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期提出了新思路。
　　首先對 Hill厚向異性屈服模型下漸進成形板料的彈塑性速率型本構(gòu)方程進行了推導,建立了用于漸進成形回彈模擬的三維彈塑性有限元模型,解決了工具頭運動軌跡加載等關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　利用有限元方法對板材數(shù)控漸進成形進行數(shù)值模擬,對漸進成形的過

4、程采用動態(tài)顯式算法,利用靜態(tài)隱式算法完成漸進成形后卸載回彈的模擬,詳細分析了在板材漸進成形過程中板料上的應力、應變分布特點,指出成形過程中的內(nèi)、外表面的應力差值是引起回彈的直接原因。揭示了漸進成形工藝所特有的回彈特點,分析表明,在漸進成形過程中存在殘余應力的釋放和彈性回復,工具頭逐次成形過程是板料內(nèi)部應力不斷重新平衡和彈性應變能不斷釋放的過程。
　　基于正交實驗與數(shù)值模擬技術(shù)對板材數(shù)控漸進成形回彈影響因素的敏感性進行分析。利用數(shù)據(jù)

5、挖掘技術(shù)中多元線性回歸以及PSO-ANN等神經(jīng)網(wǎng)絡算法分別建立板材數(shù)控漸進成形回彈預測模型,并引入基于PSO-ANN神經(jīng)網(wǎng)絡的非線性組合預測模型對單項預測模型進行優(yōu)化,有效避免了單一模型有可能丟失不同漸進成形回彈信息這一局限性,相比其它單項回彈預測模型有更高的預測精度和穩(wěn)定性,具有一定的實際應用價值。
　　本文將自動控制理論中反饋控制理念引入數(shù)控漸進成形工藝,建立了用以補償回彈、提高漸進成形件精度的閉環(huán)控制模型,并利用傅立葉和小波

6、變換聯(lián)合進行板材漸進成形工件型面的時域—頻域轉(zhuǎn)換,更加全面、準確的得到漸進成形工件型面的時頻信息,為漸進成形回彈的閉環(huán)反饋控制減少迭代次數(shù),快速收斂奠定基礎,并在此基礎上提出基于傅立葉和小波變換結(jié)合的數(shù)控漸進成形軌跡型面閉環(huán)補償算法,利用該算法可預測出理想的加工軌跡型面形狀,實現(xiàn)漸進成形回彈誤差的精確補償。
　　將數(shù)值模擬與回彈閉環(huán)補償算法結(jié)合,首次應用于球面淺碟形工件的漸進成形軌跡型面設計中,結(jié)果表明,該方法對消除漸進成形回彈誤