折彎機液壓系統(tǒng)設計【上下運動式液壓折彎機】
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中國的先進制造系統(tǒng)
卷。 7,第1號(2008)15-20
@世界科學出版公司
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,郵箱542號
西安710072、陜西、p . r .中國
jennyxjl2931@126.com
yanghe@nwpu.edu.cn
薄壁管數(shù)控彎曲成形參數(shù)的優(yōu)化設計是一個多目標,多變量,多約束的復雜問題。是一個通過逐步提出優(yōu)化策略來解決的問題。根據(jù)數(shù)據(jù)庫和專業(yè)知識,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演示這一優(yōu)化過程。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。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度和壓鑄速度的復雜優(yōu)化方法進行實驗,以驗證優(yōu)化結果。
關鍵詞:薄壁管數(shù)控彎曲;成形參數(shù)優(yōu)化;有限元
1.簡介
薄壁管高精度數(shù)控折彎過程是一個耦合交互式多因子影響的復雜過程。如果成形參數(shù)是不適當?shù)?,將會很容易出現(xiàn)過度壁變薄甚至開裂,起皺,彈回所造成的彎折處平坦,不準確的彎曲角度。因此,成形參數(shù)的優(yōu)化已成為一個重要受亟待解決的問題。在這項研究中,在以往研究的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和專家知識的基礎上,通過一個分析和描述的循序漸進的方法,提出和成形參數(shù)優(yōu)化相結合、有限元分析與工程優(yōu)化方法和虛擬實驗的設計方法。
2.分析和描述
薄壁管數(shù)控彎曲過程中,在工程應用中優(yōu)化問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量。因此,最小壁厚減薄率確定為優(yōu)化目標,同時自由起皺,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)的獨立變量,可以直接控制,并有顯著影響的變量,作為設計變項的約束條件,其中來自成形質量的要求,形成條件和幾何約束,用大量的專業(yè)知識和經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定其變量的初始值。
3.逐步優(yōu)化策略及其實現(xiàn)
通過上述分析,方案的形成、逐步優(yōu)化參數(shù)的選取,實現(xiàn)的詳細步驟如下所述,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,如果沒有,輸出不穩(wěn)定的信息并改變彎曲半徑。
查詢數(shù)據(jù)庫中找到相應的成形參數(shù)。如果它不存在,分析專家知識獲取初始成形參數(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準。改變球的數(shù)量(n)和芯模間隙球(p`)在允許的范圍內,通過有限元分析和優(yōu)化計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驗。均勻分布的設計是一個只考慮均勻試驗點的實驗設計方法。
圖1 逐步優(yōu)化的流程圖
根據(jù)研究結果的關系、模壁變薄率與延伸長度(e)和提升速度的壓力會消失(Vp)是由二次多項式回歸:y = a0 + a1x1 + a2x2 + a3x + a4x得到的。然后他們是利用復合形法,這是一個直接搜索法,以解決多維非線性問題沒有計算約束梯度的目標。
我們用所建立的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在參考文獻4總結成形參數(shù)的合理性和確定的參數(shù)范圍。在整個優(yōu)化過程,建立了在參考文獻5中ABAQUS/ Explicit的有限元模型來計算。優(yōu)化算法和有限元分析軟件項目開發(fā)傳遞的信息在Visual C + +。
4.結果與討論
優(yōu)化方案應用彎曲管Φ38×1不銹鋼、57mm彎曲半徑的鋁合金驗證。
該方法是可行的。對不銹鋼管,結果在不同間隙條件和芯棒得到球范圍都顯示在圖表2和3中。虛擬均勻分布實驗結果見表1。最佳值芯棒延伸長度和壓鑄速度提高分別7.62毫米和51.07毫米/秒。墻上變薄率已經(jīng)優(yōu)化后提高了。外形塊等效塑性應變和應力都顯示在無花果壁厚減薄率已經(jīng)提高優(yōu)化后的4%。等效塑性應變和應力的等高線圖如圖4和5所示。塑性變形均勻一致。
圖2 在不同芯壁變薄率和不同間隙球芯球
圖3 根據(jù)不同芯棒球的最大截面失真度和不同穿心球之間的間隙
圖4。等效塑性應變分布:(左)E =8.00毫米,VP=45.60毫米/秒;(右)
E =7.62毫米,VP =51.07毫米/秒。
圖5。應力分布(左):E =8.00毫米,VP =45.60毫米/秒;(右)E =7.62毫米,VP=51.07毫米/秒。
優(yōu)化。同樣,薄壁鋁合金管、最優(yōu)值顯示了e是6.00至52.12毫米/秒)。實驗進行了可編程序控制器(PLC)控制W27YPC - 63數(shù)控液壓彎管機。采用最優(yōu)值,合格的產(chǎn)品,得到結果的不銹鋼管與鋁合金作了比較,都沒有缺點,滿足質量要求,如表 2所示。
5.結論
逐步優(yōu)化策略,提出了解決薄壁管數(shù)控彎曲中逐步優(yōu)化參數(shù)的優(yōu)化方案,對原外徑38毫米,約1毫米厚度彎曲半徑的不銹鋼、鋁合金彎管進行了成形參數(shù)的優(yōu)化設計數(shù)控彎曲。逐步提出了57毫米優(yōu)化策略,并進行了試驗驗證,通過實驗其可靠適用。
致謝
筆者感謝由國家自然科學中國基金(編號:59975076和50175092),航空科學基金(04H53057),及其他部門提供的支持。
參考文獻
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4. J. Xu, H. Yang, M. Zhan, H. Li and L. Guo, Research on the processing data management
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5. H. Li etc., A new method to accurately obtain wrinkling limit diagram in NC bending
process of thin-walled tube with large diameter under different loading paths, J. Mater.
Process. Technol. 177(2006) 192–196.
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