【正文】 和 駕駛室 模塊，作 為實(shí)例驗(yàn)證了可行的成形工藝設(shè)計(jì)圖 中 措施的效果。 沖壓工藝 流程設(shè)計(jì) 在 沖壓 過(guò)程 設(shè)計(jì) 中，一些工藝參數(shù)， 如材料性質(zhì) 和潤(rùn)滑 條件等 ， 是 不能 被 設(shè)計(jì)師控制的， 而 其他參數(shù)，如空白 尺寸 ，壓邊力，以及拉延筋 位置則是 可以控制的 [7]。 如果可控 制的參數(shù) 選擇不當(dāng)， 沖壓 過(guò) 程 中 可能會(huì)產(chǎn)生 帶有 斷裂和褶皺的缺陷 產(chǎn)品。 因此， 在本研究 中， 這些 可 控制 的 參數(shù)被視為 工藝參數(shù) 。 第一個(gè) 工藝參數(shù) ，即 初 始 板料 的 形成， 在 沖壓 過(guò)程 對(duì)物料 流 入模腔中 具有 影響。 傳統(tǒng)上 把 板料 最佳形狀稱(chēng)為 毛坯初始 形成生產(chǎn)所需 要 的形狀， 其中 無(wú)論是 完全消除 或削減 焊縫過(guò)程 。然而，為了保證 產(chǎn)品的 幾何形狀 和 質(zhì)量 ， 特別是 沖壓復(fù)雜的汽車(chē)板 件時(shí)， 最佳形狀的 板料 應(yīng) 被 壓邊力和拉延筋 確定 。 板料 的 最佳形狀，可能會(huì)在超過(guò)了壓力的實(shí)際工業(yè)條件下或附加的拉延力 情況下 被 改變。因此，在進(jìn)行 最佳 板料 的 設(shè)計(jì) 時(shí)，合并工藝參數(shù) 如 壓邊力和拉延筋 的影響 是非常復(fù)雜 困難的 ， 這是 因?yàn)?板料 的最佳形狀 取決于工藝參數(shù) 在這項(xiàng)研究中 板料 的最佳形狀 形成 以 下 進(jìn) 程。目標(biāo)輪廓 在 最 終產(chǎn)品的外形上作為 一個(gè)統(tǒng)一 寬度形狀被 定義 。商業(yè)有限元軟件， 如 LS DYNA， 通過(guò) 使用任意長(zhǎng)方形的 板料 來(lái)用于 有限元仿真。 在 變形的矩形 板料 輪廓 與 目標(biāo)輪廓 比較之后 ，為了 使變形輪廓 符合 目標(biāo)輪廓 ，就要通過(guò) 使用逆 向 的 LSDYNA 軟件 （ DYNAFORM）在 輪廓的結(jié)點(diǎn)上所考慮的一步是目前 板料 順序 的 重新定位。 這項(xiàng)研究 中， 板料 形狀修改之后 ， 有限元仿真過(guò)程要 反復(fù)進(jìn)行，如 圖 1 所示 ，直到形狀誤差公差在指定的假設(shè) 范圍 10 3之內(nèi) 。給出 誤差 公式 如下： （ 1） 其中 E 是形狀誤差 ， AT和 AD分別為目標(biāo) 輪廓 及變形輪廓 。 圖 1 最佳 坯料 的設(shè)計(jì) 如上所述， 板料 的最佳形狀依賴(lài) 于工藝參數(shù) 。 為了 要確定切實(shí)可行的 板料形狀， 方程 （ 1） 中得出的 初始 板料 輪廓 被 一個(gè)統(tǒng)一的沿 輪廓 法線(xiàn)方向的距離 所抵消 。 板料 的上 下 界 偏移距離最大值是 板料 沖壓分別 成為目標(biāo)輪廓和 板料 形狀被放大到 最終 沖壓 模面 后。 （ 2） 其中 是 偏移 板料 輪廓上 結(jié)點(diǎn) 坐標(biāo)矢量 ， 是 初始 板料 輪廓 上節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)矢量 ， δ 是偏移量， 是運(yùn)動(dòng)方向上的單位矢量。 其他 工藝參數(shù) ，即 壓邊力和拉延筋， 在 控制 缺陷的作用 中擔(dān)當(dāng) 著 重 要的角色。 在實(shí)際工業(yè)中 壓邊力設(shè)計(jì) 在 容量范圍內(nèi)。 為了 提供 板料 的 附加阻力，圓形拉延筋 被 采 用。各種形狀的 拉延筋 被 賦予不同 參數(shù)，如 拉延筋的高度和 肩 部 半徑 ，如 圖 2。 圖 2 拉延筋的幾何圖樣 的評(píng)估 皺紋斷裂特性值根據(jù)給定 的工藝參數(shù) 組合估計(jì)，以確定可行的成形性圖[16] 。通過(guò)分析 以 成 形 極限圖（ FLD）為 基礎(chǔ) 的變形成分定義這個(gè)值 。 如 圖 3所示 ， 主平面上的兩個(gè) 成形極限曲線(xiàn) 圖 （ FLCs）變量：主應(yīng)變 1，次應(yīng)變 2，定義如下： ε 1 = ψ f （ ε 2 ） （ 3） ε 1 = ψ w（ ε 2） （ 4） ψ f （ 2 ）和 ψ w（ 2） 分別 表示 FLCs 破裂 和皺紋的 限制 區(qū) 。因此 ，安全 的FLCs 定義 為 以下方程： f （ ε 2） = ψ f （ ε 2） s（ 5） w （ ε 2） = ψ w（ ε 2） +s （ 6） 其中 s 是一個(gè)安全邊際 ， 在這項(xiàng)研究中 ，它 是一個(gè) 被 工程師定義并假定 范圍 為101內(nèi)的恒量 [7]。因此，兩個(gè)元素的特征值可以被定義為 到 安全 FLCs 的距離，其主要的應(yīng)變大于 f（ 2）或小于 w（ 2）。 總的 特征值也可以定義如下： （ 7） （ 8） 其中 n 表示元素的總數(shù)， p 是一個(gè)整數(shù)常量， 本研究 中 它 被 設(shè)置為 2，以考慮最大 的 或 的影響 ， F f ， Fw ， ，和 分別 表示 破裂 和皺紋的 總特征值 。可行的 成形性圖 上 安全區(qū)無(wú) 開(kāi)裂和 皺紋，可 存在于指定 范圍內(nèi) 確定各自的 總 特征值， 這項(xiàng)研究 中 假設(shè) 范圍是 是 101。 如圖 3 所示： 圖 .3 基于 成形極限圖 定義的 特征值 如 圖 4所示，為了生產(chǎn)一個(gè) 健全無(wú)缺陷 的 產(chǎn)品 ，在 可行的成形性 圖 的基礎(chǔ)上進(jìn)行沖壓 工藝 流程 設(shè)計(jì)。該過(guò)程包括以下步驟。有限元仿真和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（ DOE） ，以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到 可行的成形性 圖 描述中去 。對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練， 對(duì)于表面 加工和 皺紋 ，把 設(shè)計(jì)參數(shù) 組合在 OA 表格中的 輸入和相應(yīng)的特征值作為目標(biāo) 值 。該神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu) 分別由一個(gè)輸入層，輸出層和四個(gè) 有 20， 20， 10 和 5 個(gè)神經(jīng) 元的 隱藏層 組成 。 進(jìn)行 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，直到均方根（ RMS）誤差小于 107。 （一） 根據(jù) 最終產(chǎn)品的輪廓 的統(tǒng)一焊縫 寬度 確定 目標(biāo)輪廓。 （ 二 ） 通過(guò)假定初始毛坯形狀進(jìn)行有限元仿真 。 （三）通過(guò)逆算法 修改 初始 板料 形狀 。 （四） 反復(fù) 執(zhí)行步驟 （三） 直到形狀誤差 。 （五） 按給定的 壓力 條件 ， 使用從步驟（四）獲得 的 毛坯形狀 在 板料 最大的邊力的最大偏移距離內(nèi) 進(jìn)行有限元仿真。 （六）利用有限元仿真，判斷 在步驟 （五） 的條件下 是否發(fā)生 皺紋 。 （七）如出現(xiàn)皺紋， 根據(jù)工藝參數(shù)增加拉延邊的長(zhǎng)度 。 （八） 對(duì) DOE 的相應(yīng)工藝參數(shù)組合的正交排列進(jìn) 行 有限元仿真 。 （九） 通過(guò) 使用方程 估計(jì) 特征值。 （ 十 ）通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練 預(yù)測(cè)工藝參數(shù) 所有組 合的特征值。 （十一）描述 可行的成形性圖。 （十二） 在 可行的 成形性圖的基礎(chǔ)上 確定工藝參數(shù) 的有效組合。 圖 4 確定可行的成形性圖 的示意程序 圖 5汽車(chē)懸架支持板 在實(shí)際 的 沖壓 過(guò)程中， 絕 大多 數(shù) 缺陷是通過(guò)增加或減少 薄 板 壓 緊 力控制的 。壓邊力， 板料 偏移距離和 拉延筋 的形狀， 是 與 薄板 壓緊力 有關(guān)的主要參數(shù) 并且 在可行的成形性圖 上作為 工藝參數(shù) 決定的?？紤]到 是 在可行的成形性圖 上 選擇 的工藝參數(shù) ， 沖壓 產(chǎn)品的邊緣出現(xiàn) 皺紋和撕裂的， 被 選定為研究案例。 如 圖 5 所示 ，對(duì)于 懸架支持板 ， 汽車(chē)板 件的 沖壓 過(guò)程 如 臺(tái)架懸置和駕駛室 ， 作為例子來(lái)驗(yàn)證 通過(guò)可行的成形性圖的 流程 設(shè)計(jì)的有效性。 ． 懸架 懸架 的沖壓過(guò)程 被認(rèn)為是第一個(gè)案例 的 研究。 懸架 系統(tǒng) 構(gòu)造及 剖面圖 如 圖6 所示 。 懸架 在不對(duì)稱(chēng)的深度為 110 毫米的大 圖中 ， 在沖壓時(shí) 可能 會(huì) 導(dǎo)致 產(chǎn) 品的 邊圍 斷 裂 。 因此，我們的目標(biāo)是確定 工藝參數(shù) 的有效組合，以消除 產(chǎn)品破裂引起的 風(fēng)險(xiǎn) 。 圖 6懸架 的構(gòu)造及 剖面圖 圖 7 懸架件沖壓的 有限元建模 懸架 的 有限元仿真 沖壓 見(jiàn) 圖 7。商業(yè)有限元軟件， LSDYNA，是用來(lái)模擬過(guò)程 的 。本研究 中 用的材料都是熱軋鋼板，其性能 為 CQ級(jí) 的 毫米厚 等總結(jié)在 表 1中 ，其中下標(biāo) 0， 45， 90 表示滾動(dòng) 方向。 表 1 APFH440 的 力學(xué)性能 性質(zhì) 數(shù) 值 板料厚度 t（毫米） 屈服強(qiáng)度 YS（兆帕） 拉伸強(qiáng)度的 TS（兆帕） 剛度系數(shù) K（兆帕） 加工硬化系數(shù) 241。 蘭克福德價(jià)值 ? ? 0 =， ? 45 =， ? 90 = 摩擦系數(shù) μ 壓邊力 BHF（噸） 30 為了 要確定 APFH440 的 熒光檢測(cè) ，將 25200 毫米， 50 200 毫米， 75 200毫米， 100 200 毫米， 125 200 毫米， 150 200 毫米， 175 200 毫米， 200 毫米的 尺寸標(biāo)本準(zhǔn)備 用 激光切割。 通過(guò) 化學(xué)腐蝕 方 法 把所有標(biāo)本印在 圓形網(wǎng)格圖案上 。通過(guò) 一般的 50噸 容量的 金屬 片實(shí) 驗(yàn)機(jī) 拉 伸 板材 ， [17]，直到 標(biāo)本 發(fā)生 破裂 。隨著標(biāo)本的變形， 圓圈變 成 橢圓 。橢圓的長(zhǎng)軸和短軸被實(shí)時(shí)測(cè)量，然后通過(guò) 阿斯米斯軟件計(jì)算長(zhǎng)短軸的應(yīng)變。 APFH440 的 熒光檢測(cè) 圖 見(jiàn)圖 8。 圖 8 APFH440 的 成形極限圖 懸架的沖壓程序如 圖 4 。 一個(gè)長(zhǎng)方形的 560 500 毫米的坯料 是用來(lái)設(shè)計(jì)初始坯料的 。 在最終產(chǎn)品的輪廓上 目標(biāo)輪廓被定義為一個(gè)統(tǒng)一修剪寬度 為 30毫米 的外形 。 在表 1 條件下 進(jìn)行 有限元仿真。 在這個(gè)有限元仿真 試驗(yàn)中 ， 通過(guò)平面測(cè)試的 摩擦系數(shù) 為 ， 壓邊力被假定為 30 噸。 圖 9 顯示了 輪廓變形和目標(biāo) 的比較 。如圖 9a所示， 變形輪廓 有 一些偏離 目標(biāo) 輪廓。如圖 9b 所示， 當(dāng)形狀誤差 在 修改后的 坯料公差范圍之內(nèi) ， 這個(gè) 形狀 就作為 初始 坯料形狀。 圖 9 懸架沖壓的初始坯料設(shè)計(jì) 圖 10 懸架沖壓的有限元分析 （壓邊力：50 噸， 坯料 偏移距離： 30 毫米） 為了估計(jì)是否會(huì)出現(xiàn)起皺， 在有 限元仿真首先執(zhí)行 的 條件下 過(guò)程 ，其中 的初始坯料按 形成 一個(gè)最大偏移力距離為 30 mm，最大壓邊 50 噸的能力范圍內(nèi)給予 。 在圖 10 中破裂的 發(fā)生 被 觀(guān)察 出 ，而皺紋的風(fēng)險(xiǎn) 并 不存在。 因此， 工藝參數(shù) ，如壓邊力和 坯料偏移距離 ，應(yīng)選擇適當(dāng)，以避免 懸架在 沖壓 過(guò)程中 破裂 。 審議的工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)列于 表 2 。 在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，對(duì)于沖壓能力和模面 1和 4 是密切相關(guān) 的 。 因?yàn)樵趹壹苤兄豢紤] 這兩個(gè) 工藝參數(shù) ， 有限元仿真執(zhí)行 工藝參數(shù)的 16 組合的 ，如 表 3。 通過(guò)方程 （ 7） 和 （ 8），在 有限元仿真 和熒光檢測(cè)器的 基礎(chǔ)上計(jì)算出 特征值 ，計(jì)算結(jié)果列于 表 3的 第 4和第 5行 。 進(jìn)行 變量 分析，以確定 破裂和 皺紋 特征值的工藝參數(shù) 。如 表 4 和 表 5 中列出的 ，只有 壓 邊力是導(dǎo)致 斷裂特征的主要參數(shù) ，而 其他工藝 參數(shù)影響皺紋 特征值變化 。對(duì)于整個(gè) 工藝參數(shù) 的范圍，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 找到 未 在表 3中 列出 的 組合 特征 值。 表 3的 特征值作為訓(xùn)練 數(shù)據(jù)應(yīng)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 中 。 然后，通過(guò) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練 把 所有組合的特征值進(jìn)行預(yù)測(cè) ?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的結(jié)果， 組合 工藝參數(shù) ， 即 有關(guān)的相應(yīng)的特征值是在規(guī)定的公差 內(nèi) 被認(rèn)為是 安全的 。 否則， 工藝參數(shù) 的組合 被認(rèn)為是 在裂縫和皺紋的 區(qū)域內(nèi)。 表 2 懸架沖壓的工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn) 變量 等級(jí) 壓邊力（噸） 坯料 偏移距離（毫米） 1 20 0 2 30 10 3 40 20 4 50 30 表 3 懸架沖壓的有限元仿真結(jié)果 試用號(hào) 工藝參數(shù) 有限元仿真 壓邊力 坯料 偏移距離 斷裂（ Ff） 皺紋 （ Fw ） 1 1 1 2 1 2 3 1 3 4 1 4 5 2 1 6 2 2 7 2 3 8 2 4 9 3 1 10 3 2 11 3 3 12 3 4 13 4 1 14 4 2 15 4 3 16 4 4 表 4 懸架沖壓 斷裂特性 的方差分析表 參數(shù) 平方和 自由 度 均方 F 比率 壓邊力 3 a 坯料 偏移距離 3 錯(cuò)誤 9 總計(jì) 15