管材折彎?rùn)C(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+CAD】
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中國(guó)的先進(jìn)制造系統(tǒng)
卷。 7，第1號(hào)（2008）15-20
@世界科學(xué)出版公司
基于薄壁管數(shù)控折彎成形參數(shù)優(yōu)化的研究
徐杰，楊賀，張梅，李衡
材料成型及控制工程類
西北工業(yè)大學(xué)，郵箱542號(hào)
西安710072、陜西、p . r .中國(guó)
jennyxjl2931@126.com
yanghe@nwpu.edu.cn
薄壁管數(shù)控彎曲成形參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)多目標(biāo)，多變量，多約束的復(fù)雜問(wèn)題。是一個(gè)通過(guò)逐步提出優(yōu)化策略來(lái)解決的問(wèn)題。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)和專業(yè)知識(shí)，確定初始值然后形成參數(shù)，然后采取不同的方法優(yōu)化，逐步減少其參數(shù)最優(yōu)范圍。通過(guò)彎曲厚度為1mm，外徑38毫米和彎曲半徑為57毫米的的不銹鋼和鋁合金管，利用其在Abaqus / Explicit中有限元模型的建立來(lái)演示這一優(yōu)化過(guò)程。起皺程度,允許截面的失真度和其他工程要求約束條件,以及最小壁變薄率定義為優(yōu)化目標(biāo)。穿心球之間的間隙以及其最佳值是分別一步一步得到，然后用提高管延伸長(zhǎng)度和壓鑄速度的復(fù)雜優(yōu)化方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果。
關(guān)鍵詞：薄壁管數(shù)控彎曲；成形參數(shù)優(yōu)化；有限元
1．簡(jiǎn)介
薄壁管高精度數(shù)控折彎過(guò)程是一個(gè)耦合交互式多因子影響的復(fù)雜過(guò)程。如果成形參數(shù)是不適當(dāng)?shù)?，將?huì)很容易出現(xiàn)過(guò)度壁變薄甚至開(kāi)裂，起皺，彈回所造成的彎折處平坦，不準(zhǔn)確的彎曲角度。因此，成形參數(shù)的優(yōu)化已成為一個(gè)重要受亟待解決的問(wèn)題。在這項(xiàng)研究中，在以往研究的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和專家知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)一個(gè)分析和描述的循序漸進(jìn)的方法，提出和成形參數(shù)優(yōu)化相結(jié)合、有限元分析與工程優(yōu)化方法和虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法。
2．分析和描述
薄壁管數(shù)控彎曲過(guò)程中，在工程應(yīng)用中優(yōu)化問(wèn)題是如何選擇合理的成形參數(shù)，以滿足彎曲半徑要要求，并確保在給定尺寸的管和材料的成形質(zhì)量。因此，最小壁厚減薄率確定為優(yōu)化目標(biāo)，同時(shí)自由起皺，允許截面失真的程度作為約束條件，而不考慮回彈。
變薄比值（T）表示式（2.1），截面的失真度（Φ）表示式（2.2）。
(2.1)
A (2.2)
其中D｀是垂直軸的外層彎曲后長(zhǎng)度，D0為原外管直徑，t0是原管壁厚，tmin為彎曲后最小壁厚管。工藝參數(shù)的獨(dú)立變量，可以直接控制，并有顯著影響的變量，作為設(shè)計(jì)變項(xiàng)的約束條件，其中來(lái)自成形質(zhì)量的要求，形成條件和幾何約束，用大量的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定其變量的初始值。
3．逐步優(yōu)化策略及其實(shí)現(xiàn)
通過(guò)上述分析，方案的形成、逐步優(yōu)化參數(shù)的選取，實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)步驟如下所述，流程如圖1
輸入D0，T0，R（彎曲半徑），查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的成形極限，判定是否彎曲半徑小于不起皺的最小彎曲半徑。如果是的話，下一步，如果沒(méi)有，輸出不穩(wěn)定的信息并改變彎曲半徑。
查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中找到相應(yīng)的成形參數(shù)。如果它不存在,分析專家知識(shí)獲取初始成形參數(shù),建立有限元模型,然后確定最適條件下的摩擦系數(shù)和凸凹模間隙的工具和管的起皺標(biāo)準(zhǔn)。改變球的數(shù)量(n)和芯模間隙球(p｀)在允許的范圍內(nèi),通過(guò)有限元分析和優(yōu)化計(jì)算的最小壁變薄率失真度在允許的截面。做虛擬的均勻分布的實(shí)驗(yàn)
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