【正文】 （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。 （四）反復(fù)執(zhí)行步驟（三）直到形狀誤差。該過程包括以下步驟。圖2拉延筋的幾何圖樣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] 。圖1 最佳坯料的設(shè)計(jì)如上所述，板料的最佳形狀依賴于工藝參數(shù)。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)雜的汽車板件時(shí)，最佳形狀的板料應(yīng)被壓邊力和拉延筋確定。通過訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN），[15]全部排列范圍內(nèi)的工藝參數(shù)所有組合的特征值被預(yù)測出。對于在工業(yè)領(lǐng)域的工程師們，要確定最佳的工藝參數(shù)是有點(diǎn)困難的。[6]被提議為是一種提高汽車側(cè)面板成形性的優(yōu)化方法。[1]以可變片材厚度為基礎(chǔ)進(jìn)行了空白的優(yōu)化設(shè)計(jì)。沖壓技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將所有組合內(nèi)的一系列的工藝參數(shù)的特征值進(jìn)行了預(yù)測。可行的成形性圖最決定了所有的工藝參數(shù)組合。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品?？沙尚蔚臎_壓產(chǎn)品通常受到各種工藝參數(shù)的影響，如模具形狀，材料性能，初始毛坯形狀，壓邊力，拉延筋布置，潤滑油等等。一個(gè)用速度節(jié)點(diǎn)的方法進(jìn)行空白的最優(yōu)形狀設(shè)計(jì)是由宋和沈[9]提出的。通過方法計(jì)算出工藝參數(shù)的最佳值。因此，在主要工藝參數(shù)內(nèi)，如初始毛坯形狀，壓邊力，拉延阻力，同時(shí)在沖壓過程由于缺乏研究這個(gè)問題的基礎(chǔ)上，它是值得研究的?？尚械某尚涡詧D表示的無缺陷的安全區(qū)最終確定了工藝參數(shù)的所有組合。板料的最佳形狀，可能會在超過了壓力的實(shí)際工業(yè)條件下或附加的拉延力情況下被改變。 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)一的沿輪廓法線方向的距離所抵消。通過分析以成形極限圖（FLD）為基礎(chǔ)的變形成分定義這個(gè)值。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。 （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。 圖4 確定可行的成形性圖的示意程序圖 5汽車懸架支持板在實(shí)際的沖壓過程中，絕大多數(shù)缺陷是通過增加或減少薄板壓緊力控制的。 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圖7。通過化學(xué)腐蝕方法把所有標(biāo)本印在圓形網(wǎng)格圖案上。在表1條件下進(jìn)行有限元仿真。審議的工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)列于表2 。然后，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練把所有組合的特征值進(jìn)行預(yù)測。圖13 顯示了輪罩沖壓過程分析的有限元模型。 因此，工藝流程設(shè)計(jì)集中于工藝參數(shù)的決斷上去生產(chǎn)沒有缺陷的健全的產(chǎn)品。要估計(jì)是否會出現(xiàn)褶皺，在有限元仿真首先執(zhí)行的條件下，其中的初始坯料按形成一個(gè)最大偏移力距離為30 mm，最大壓邊力70噸的能力范圍內(nèi)給予。該工藝參數(shù)被分配在L27(313)正交陣列（OA）的試驗(yàn)設(shè)計(jì)表中，見表8。應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，以便在全部工藝參數(shù)變化范圍內(nèi)找到一個(gè)特征值的所有組合。原因是過度拉伸應(yīng)力發(fā)生在坯料的邊緣。安全區(qū)域的有限元仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果定量比較顯示在圖22 和圖23。在實(shí)際過程中，這些錯(cuò)誤可能是發(fā)生在可行的成形性圖安全區(qū)與皺紋斷裂區(qū)的交界處。它的設(shè)計(jì)方法仍然是今后的工作。從有限元仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較表明，通過可行的成形性圖的沖壓流程設(shè)計(jì)是很有效的，適合于給定條件的實(shí)際沖壓流程設(shè)計(jì)，如沖壓能力，工具磨損，修整寬度等應(yīng)考慮的因素。 Artificial neural network。Design of the initial blank.View Within ArticleAs mentioned above, the optimal shape of blank is dependent on the process variables. To determine the feasible shape of blank, the contour of the initial blank obtained from Eq. (1) is offset by a uniform distance along the normal direction of the contour. The lower and upper bounds on the offset distance of the blank are the blank shape to bee the target contour after stamping and the blank shape to be enlarged up to the end of the stamping die face, respectively. The offset shape of blank, as shown in Fig. 1b, is determined as follows:(2)where is the coordinate vector of the nodal point located at the outline of the offset blank, is the coordinate vector of the nodal point located at the outline of the initial blank, δ is the amount of offset, and is the unit normal vector in the direction of movement.The other process variables, viz., the blank holding force and the draw bead, play an important role in the control of defects. The blank holding force is designed to be within the range of capacities of presses in actual industry. A circular draw bead is employed in order to supply an additional restraining force to the blank. Various shapes of draw bead are considered with different parameters, such as the height and shoulder radius of the draw bead, as shown in Fig. 2.Fig. 2.參考文獻(xiàn)[1] ，《最新簡化的逆算法鈑金成形分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)展》2000年[2] ，《利用數(shù)值模擬的板材沖壓成形過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)》2002年[3] ，《汽車的金屬板材同時(shí)設(shè)計(jì)與制造的有限元模擬》，2004年[4] ，《金屬板料沖壓成形過程的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)：第一部分有限元建模的概念》，2007年[5] ，《基于汽車成員沖壓設(shè)計(jì)參數(shù)的仿真研究》，2007年[6] ，《汽車模具使的有效自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法》，2007年[7] ，《使用曲面響應(yīng)模型對金屬板材成形過程的優(yōu)化預(yù)測》，2008年[8] ，《通過可逆的有限元方法對汽車板件沖壓的坯料設(shè)計(jì)和應(yīng)變預(yù)測》，1997年[9] ，《采用邊界初始速度對坯料初始形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)》，2003年[10] ，《基于前瞻可逆性坯料邊緣的精確拉伸預(yù)報(bào)方案》，2007年。在有限元仿真結(jié)果和所提出的手段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，可以得出以下結(jié)論。適宜的安全系數(shù)是必要的，因?yàn)樗鼫p少了可行的成形性圖的安全區(qū)。因此，證實(shí)了通過可行的成形性圖的進(jìn)行的沖壓流程設(shè)計(jì)是有效的，與實(shí)際沖壓過程吻合。為了證明通過可行的成形性圖設(shè)計(jì)的工藝流程的正確性，真正的產(chǎn)品，如懸架和輪罩，都記錄在斷裂和皺紋以及安全區(qū)域的工藝條件下。自從四個(gè)工藝參數(shù)被認(rèn)可為可行的成形性圖描述后，該圖就由一個(gè)立體結(jié)構(gòu)所描述，其中一個(gè)工藝參數(shù)，例如拉延筋的肩半徑，在圖17a中被確定。破裂和皺紋的特征值在熒光檢測和有限元仿真的基礎(chǔ)上被計(jì)算出。圖16b顯示了拉延筋對產(chǎn)品的破壞形狀。 圖14 斯佩克的成形極限圖 圖15 輪罩沖壓的初始坯料設(shè)計(jì)根據(jù)圖4的流程，一個(gè)860 610毫米長方形坯料是用來設(shè)計(jì)初始坯料的。這種材料的性質(zhì)研究總結(jié)在表6中。 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)。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。 圖 9 顯示了輪廓變形和目標(biāo)的比較。隨著標(biāo)本的變形，圓圈變成橢圓。本研究中用的材料都是熱軋鋼板，其中下標(biāo)0，45，90表示滾動(dòng)方向?？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。 （七）如出現(xiàn)皺紋，根據(jù)工藝參數(shù)增加拉延邊的長度。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。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）= ψw（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]。（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。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。在沖壓過程設(shè)計(jì)中，一些工藝參數(shù)，如材料性質(zhì)和潤滑條件等，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]。本研究提出，在實(shí)際的工藝參數(shù)的取值范圍內(nèi)提供了無開裂皺紋的可行的成形性沖壓過程。一個(gè)排列組合的多重遺傳運(yùn)算法則是由劉和楊提出的。雖然上述方法都是優(yōu)秀的，但在解決可變工藝參數(shù)的實(shí)際工業(yè)問題時(shí)仍然存在一些問題。在設(shè)計(jì)沖壓流程的過程中主要有花費(fèi)大量時(shí)間和金錢的反復(fù)試驗(yàn)法，和給實(shí)際工業(yè)應(yīng)用軟件帶來了一些問題的有限元分析結(jié)合優(yōu)化設(shè)計(jì)的兩種方法。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。一個(gè)與有限元仿真結(jié)果的實(shí)驗(yàn)比較表明，通過可行的成形性圖進(jìn)行沖壓工藝流程設(shè)計(jì)是有效的，符合實(shí)際進(jìn)程的。要確定可行的成形性圖，有限元分析工藝參數(shù)的組合，應(yīng)與正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)陣列相對應(yīng)。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。李和許[8]提出一個(gè)用可逆有限元方法預(yù)測坯料形狀的方法。楊松等人[12]通過響應(yīng)面空間的映射技術(shù)調(diào)整拉延筋阻力，優(yōu)化了汽車部件的緊縮。回顧上述文獻(xiàn)，很顯然，有限元分析和優(yōu)化方法相結(jié)合，如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，響應(yīng)曲面法，遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）等的設(shè)計(jì)方法，是設(shè)計(jì)沖壓流程的一個(gè)強(qiáng)大有用的工具。要確定可行的成形性圖，有限元分析與工藝參數(shù)的組合應(yīng)對應(yīng)于正交陣列的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。第一個(gè)工藝參數(shù)，即初始板料的形成，在沖壓過程對物料流入模腔中具有影響。這項(xiàng)研究中，板料形狀修改之后，有限元仿真過程要反復(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)。為了提供板料的附加阻力，圓形拉延筋被采用。可行的成形性圖上安全區(qū)無開裂和皺紋，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。 （二）通過假定初始毛坯形狀進(jìn)行有限元仿真。 （十）通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練預(yù)測工藝參數(shù)所有組合的特征值。懸架系統(tǒng)構(gòu)造及剖面圖如圖6所示。=，? 45圖8 APFH440的成形極限圖懸架的沖壓程序如圖4 。 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)是否會出現(xiàn)起皺，在有限元仿真首先執(zhí)行的條件下過程，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。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。 原因是由于隨著坯料偏移距離和壓邊力增加，摩擦力增加，導(dǎo)致過度拉伸應(yīng)力發(fā)生在坯料的邊緣。= ， ? 45在該有限元仿真中。圖16 輪罩有限元分析（壓邊力：70噸，坯料偏移距離：30毫米）坯料壓邊力，偏移距離，以及拉延筋形狀被認(rèn)為是駕駛室沖壓的工藝參數(shù)。坯料壓邊力和拉延筋高度(BHFH)與半徑之間的相互作用被考慮在內(nèi)是因?yàn)閴哼吅屠咏畹淖兓嘘P(guān)。意味著至少99％的準(zhǔn)確度表10 輪罩沖壓皺紋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2坯料偏移距離2拉延高度2拉延半徑2互動(dòng)效應(yīng)壓邊力以便通過ARGUS軟件[18]測量沖壓后的應(yīng)變，如圖18和圖19。坯料壓邊力，偏移距離和拉延筋高度越大，坯料受到的壓力越大。但這在CQ級鋼[19]金屬板材成形中是不常見的。（2）自從用可行的成形性圖表示的斷裂和褶皺地區(qū)以及作為工藝參數(shù)所有組合的安全區(qū)域以來，它可以表明在圖表安全區(qū)工藝參數(shù)的選擇可能生產(chǎn)完善的產(chǎn)品。 Feasible formability dia