滾壓成型過程的優(yōu)化設計的滑軌使用實驗的設計外文文獻翻譯、中英文翻譯
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滾壓成型過程的優(yōu)化設計的滑軌使用實驗的設計
摘要: 在滾壓成型的設計過程、設計錯誤可事先由使用有限元模擬工具,如SHAPE-RF完成。生產(chǎn)的產(chǎn)品如滑軌形狀復雜,需要高精度的形成標準,必要的質量標準進行定量評價。在分析滑軌的滾壓成型過程中,最大變形被指定為目標的位置和棍子形狀為設計變量。最少的模擬是由使用正交的代價函數(shù)圖表,獲得結果,運用實驗設計,如響應面法,滿足設計約束條件最小化。通過設計改進目標,設計最終產(chǎn)品的形狀,達到設計目的。
關鍵詞: 實驗設計;有限元素方法;滾壓成型過程;形狀差異的因素
1簡介
輥壓成型是一個過程,通過逐步形成彎輥一平鈑金帶,它可用于廉價的制造,具有恒定截面長板材制品。由于軋輥成形只有需要裝載和卸載的部分才需要人力,可減少人手。如果產(chǎn)品的形狀是簡單的,它需要一點時間來改變模具,并成立一個過程。由于該產(chǎn)品的長度可易于控制,輥壓成型,也可用于小批量產(chǎn)品的批量生產(chǎn)使用。由于輥成型工藝,設計了設計師的開發(fā)一個新產(chǎn)品或改進現(xiàn)有產(chǎn)品質量的經(jīng)驗的基礎上,設計缺陷被證實后,樣機制作,因此,對糾正設計兼容的可能后核實生產(chǎn)的原型。這個過程導致了生產(chǎn)成本,從而降低了制造業(yè)的競爭力增加。為了解決這一問題,對輥成型過程有限元模擬之前使用,以生產(chǎn)的原型設計缺陷的預測,降低成本的設計修正Bhattacharayya等[1]進行了一個半經(jīng)驗方法,以最小總能量產(chǎn)生預測變形段長度 [2]。比較Bhattacharayya的實驗結果有限元模擬結果。和數(shù)值[3-6]和實驗[7,8]研究已經(jīng)完成。
香港的Kim [10]開發(fā)了輥成型過程的三維有限元程序,并預測了成形的有限元方法的過程輥的劃傷缺陷。分析用剛塑性有限元方法也被用于預測的邊緣形狀[10]和軋輥磨損[11]。金等人。 [12]提出了屈曲輥成型過程中的行為預測。謝赫和Palavilayil [13],估計在有限元仿真程序。本研究利用有限元模擬工具的成效已被多家研究證實[14-17]。
在此研究中,有限元模擬的準確性驗證通過之間的仿真和實驗結果的形狀比較。形狀差異的因素(基金)的建議作為定量評價標準的形成形質量。關于對輥分析形成一個滑軌的過程中,通過在其中最大變形發(fā)生是通過指定的目標。的立場和軋輥曲率為設計變量。成本函數(shù)是通過使用諸如得到響應曲面法(RSM)的實驗設計的,它是使用修正的Broyden -弗萊徹-戈德法布- Shanno無(的BFGS)方法最小化。隨后,設計糾正最小化的結果,它會導出最終產(chǎn)品的形狀的方法,和設計意圖。該方法和程序的完整描述了這個文件。
2.研究方法
2.1實驗的設計
本節(jié)描述了實驗,如何設計實驗來解決一個問題,如何記錄數(shù)據(jù),以及如何通過使用一些數(shù)據(jù)分析的統(tǒng)計技術,通過試驗次數(shù)最少的最大信息計劃。換言之,選擇的實驗設計有問題的參數(shù),選擇一個實驗方法,決定了實驗順序,并選擇最佳分析方法。對于一個設計,有兩個或更多的互動很多參數(shù),發(fā)現(xiàn)有兩個參數(shù)可預測的互動,信息是犧牲。因此,一個表是用??于一個帶有少量的實驗計劃。該表被稱為是“正交表的表。”
響應曲面法(RSM)的主要用來獲得一個明確的實驗數(shù)據(jù)的功能。最近,它已被用來表示與實驗參數(shù)和數(shù)值作為明確的功能[18]實驗值反應之關系。兩種方法可用于計算響應面。首先,假設一個近似函數(shù)和函數(shù)系數(shù)的數(shù)值求解方程之間找到一個變量和函數(shù)值的關系。其次,利用近似函數(shù)進行優(yōu)化計算[19]。在這項研究中,二階回歸模型,如式(1)給出的用于計算響應面
其中,xi表示設計變量,第二,設計變量的數(shù)目βi,未知系數(shù)。式(2)用于丹參的系數(shù)計算,最大限度地減少了殘差平方求和使用最小二乘法。
其中X表示設計矩陣,包括實驗點,Y為響應向量。
2.2不同形狀的因素
如果產(chǎn)品是通過輥壓成型工藝生產(chǎn)的不符合因設計錯誤的標準,所以有必要糾正設計缺陷,如圖1所示?;売幸粋€形狀復雜,精度要求高的形成和垂直度的生產(chǎn)商是采用輥壓成型過程[20]。這是很難確定的設計相容性,因為該產(chǎn)品具有復雜的形狀。一個標準是必要的定量評價所形成的形狀質量;一個這樣的標準是所謂的形態(tài)差異的因素(基金)。為了定量評估由輥成型工藝制造的產(chǎn)品的形狀精度,模擬或實驗結果斷面上設置了一個與原計劃網(wǎng)格上繪制斷面中心,如圖2所示。日本自衛(wèi)隊決定由在所測量的原始計劃之間的模擬或實驗結果沿厚度方向。
其中di表示之間的結果,在第i個元素的原計劃和T0表示初始帶鋼厚度的距離差。由于該產(chǎn)品的截面形狀是對稱的,自衛(wèi)隊的測量位置在右側的產(chǎn)品截面
3. 仿真和實驗結果
3.1工藝條件
滑軌是由內(nèi)部成員,成員中,外成員,軸承球。由于本研究著重于滑軌,中成員進行了分析,因為一個內(nèi)和外軌鐵路是在中間的成員組成。中間的成員制造的25通線。之間的傳遞距離為350毫米; oddnumbered通行證設置為驅動輥,并evennumbered通行證設置為空閑卷起來,和每個通過滾動的速度被設置為生產(chǎn)出的產(chǎn)品40m/min等速。初始條的厚度和寬度為2毫米和60毫米,分別是SCP10加沙地帶,他們的材料如表1列出的屬性作出。
3.2有限元仿真軟件
進行有限元仿真模擬程序所形成形狀射頻v4.0.0基礎上,剛塑性有限元法
圖.3.花朵圖案的滑軌的中斷
輥。這項計劃最初確定使用自由表面作為初始邊界條件平面應變條件標準化。速度場的計算采用三維有限元分析和動態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)的最終形狀是由一個迭代方法,校準的邊界條件和自由面確定。隨著應變速率的信息和壓力扭矩等的基礎上得到的速度場。的形狀射頻可靠性已得到驗證前幾屆文件[9-13]。在有限元模擬工藝條件見表2。斯威夫特的流動應力公式用于(4)
其中fσ表示流變應力; K時,強度系數(shù),ε,有效應變ε0,初始有效的應變和n,應變硬化系數(shù)。對加沙地帶的流動應力獲得通過使用“轉換”的形狀射頻功能,這是在表2所示。中間成員的花朵圖案是藉由有限元仿真程序,它是在圖3示。。該產(chǎn)品的橫截面冷彎成型最終的形狀如圖4所示。
3.3有限元仿真軟件
自衛(wèi)隊從實驗和相關特征取得的成果是0.87450和0.91677核查分別。結果之間的差異和原始計劃多發(fā)生在地方滑軌彎曲。相對誤差為4.83%
圖.4有限元模擬的結果
有限元仿真不能完全接近真實的過程,因為模糊參數(shù)在生產(chǎn)過程中的網(wǎng)站存在。例如,對于任何摩擦模型表示對象之間的聯(lián)系是有效的,它必須解釋不同負荷下的摩擦兩個機構的行為,相對滑動速度,溫度,表面條件,環(huán)境等,在實踐中觀察到的。因此,許多型號已經(jīng)提出與不同程度的成功[21]。雖然存在很多不確定參數(shù),如上面提到的,由于有限元模擬驗證之間的有限元模擬和實驗結果進行評估在最后一節(jié)增加至4.83%作為形狀誤差比早期的形狀。
4.糾正和討論的設計目標
4.1目標指示通
設計變量命名方法被應用到了實驗的設計過程,他們應該受到限制,因為許多過程變量在輥壓成型過程中發(fā)現(xiàn)。在冷彎成型的滑軌,其中最大的通行證變形時被指定為目標的設計變量,通過有限元模擬過程。沿軋制方向縱向應變圖5所示。,最大變形發(fā)生在沿軋制方向的6.3米的地方。
4.2直交表
圖.5.縱向沿軋制方向
正交表帶鋼陣列是由18th通過在左,右輥彎曲。由于滑軌有對稱形狀,設計變量是有限的權利滾動。設計變量一個是X坐標右滾的扁平部分和B是y坐標相同的一部分。設計變量和水平列于表3和正交陣列采用L9表4顯示了對日本自衛(wèi)隊的正交有限元模擬獲得的結果數(shù)組表。
關于正交表陣列為基礎的成本函數(shù)4.3Optimization,成本函數(shù),給出了生長速率,由式:
其中1 x表示一個設計變量; 2個,設計變量B和3個,設計變量c.為檢查的成本函數(shù).
其中Φc表示自衛(wèi)隊??從每個模擬計算和角φA表示的成本函數(shù)值相同的變量時輸入
為了盡量減少成本功能,BFGS方法,直接將更新Hessian矩陣,
在此基礎上,18th是糾正,并通過有限元模擬執(zhí)行。有一種30.87%之間,最低的成本函數(shù)值和有限元模擬結果的0.87023自衛(wèi)隊的差異。盡管結果表明,在成本的功能,優(yōu)化結果自衛(wèi)隊跌幅5.34%最低要求的巨大差距相比.如圖6示。
圖.6.原計劃的比較和優(yōu)化的仿真結果
一個重要的區(qū)別是觀察和角φA,,因為從設計變量取得不考慮目標成本函數(shù)的所有條件,如通過頂部和底部的滾動設計。此外,滾壓成形的,如滾筒速度,摩擦條件和滾轉角許多設計變量。如果有更多的過程變量在設計變量中,然后之間的有限元模擬結果和成本函數(shù)的誤差會比上面的結果要小
5.結論
為了提高軋輥成型過程的效率,這是非常重要的,立即糾正的設計,有一定的缺陷。有一種產(chǎn)品叫一個滑軌,有一個復雜的形狀,其設計是難以修改。在這個文件中,冷彎成型設計,糾正了實驗設計。日本自衛(wèi)隊還介紹了確定的軋輥設計的兼容性。從這項研究得出的結論如下。該目標通過,它是通過沿軋制方向的全過程指定的縱向應變測量,設計糾正影響到產(chǎn)品的最終成型輥的形狀。自衛(wèi)隊,代表之間的是由設計變量和原始計劃更改影響的產(chǎn)品截面的差異,建議作為標準。此外,成本函數(shù),可以推導出評估自衛(wèi)隊使用諸如在RSM的實驗設計。最佳設計是決定通過成本函數(shù)最小化。之成本函數(shù)的最小值被應用到目標孔型設計,也減少了5.34%的自衛(wèi)隊。因此,由模擬得到滑軌截面形狀的方法由設計意圖的形狀
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