毕业设计英文翻译一种可行的有效设计的成形性图表程序在汽车覆盖

一种可行的有效设计的成形性图表程序在汽车覆盖件冲压流程中的应用

原文作者：柯达桥 a ，车胜文 b ，李尚坤 c ，李陈珠 b 和金秉民d ， 原文作者单位

a ILIC，釜山国立大学，30，韩国釜山市金井区长箭洞609-735

b 精密制造系统部，釜山国立大学，30，韩国釜山市金井区长箭洞609-735 c PNU - IFAM国际联合研究中心，釜山国立大学，30，韩国釜山市金井区长箭洞609-735

d机械工程学院，釜山国立大学，30，韩国釜山市金井区长箭洞609-735 翻译者：2007级汽设三班 吴沉 学号：312007081201108 摘要

这项研究的目的是要提出一种工艺流程设计方法，即为有效和快速的冲压流程设计出一个能标示没有开裂和皱纹的安全区的可行的成形性图。要确定可行的成形性图，有限元分析工艺参数的组合，应与正交实验设计阵列相对应。接下来，在对成形极限图铁的分析结果的基础上，将开裂和皱纹的特征值进行了评估。通过人工神经网络系统将所有组合内的一系列的工艺参数的特征值进行了预测。可行的成形性图最决定了所有的工艺参数组合。汽车板件的冲压过程，包括支持诸如暂停台架悬置和轮罩模块等，已被作为实例来验证了成形工艺流程设计图中的效果。一个与有限元仿真结果的实验比较表明，通过可行的成形性图进行冲压工艺流程设计是有效的，符合实际进程的。

关键词：冲压流程；可行性成形性图；有限元仿真；实验设计；人工神经网络系统；汽车面板

文章概要

1．简介

2．通过可行的成形性图进行冲压工艺流程设计

2.1．工艺参数

2.2．特征值的评估

2.3．工艺流程设计过程

3．汽车覆盖件的工艺流程设计

3.1．悬架 3.2．轮罩

4．实验验证 5．讨论 6．结论

致谢 参考文献

1.简介

在金属成型技术中，金属板的冲压过程是金属生产制造中的重要工艺之一。冲压技术已经广泛应用于汽车行业。可成形的冲压产品通常受到各种工艺参数的影响，如模具形状，材料性能，初始毛坯形状，压边力，拉延筋布置，润滑油等等。冲压流程的设计是非常重要的，因为它可能产生没有缺陷产品，如开裂和皱纹。在设计冲压流程的过程中主要有花费大量时间和金钱的反复试验法，和给实际工业应用软件带来了一些问题的有限元分析结合优化设计的两种方法。 [1 ] ，[2] ，[3] ，[4] ，[5]，[6]和[7] 。

由于成形性和产品质量在冲压过程依赖于初始毛坯形状，因此板料最优设计已被许多研究者探讨。李和许[8]提出一个用可逆有限元方法预测坯料形状的方法。郭及其他人。[1]以可变片材厚度为基础进行了空白的优化设计。一个用速度节点的方法进行空白的最优形状设计是由宋和沈[9]提出的。叶等人[10]提出了一个前瞻性的逆预报方案以确定最佳的板料形状。虽然上述方法都是优秀的，但在解决可变工艺参数的实际工业问题时仍然存在一些问题。

近年来，为了优化冲压流程，很多研究都集中于将有限元分析和优化技术相结合。 片山等人[11]在一个两阶段深冲压过程中改善了成形缺陷，如皱纹，开裂等，使模具形状达到最优。杨松等人[12]通过响应面空间的映射技术调整拉延筋阻力，优化了汽车部件的紧缩。卡亚巴斯与埃基奇 [6] 即奥?卡亚巴斯和名叫阿提拉?埃基奇的，使用一个有效的优化方法进行自动侧板汽车模具的设计，见 28日（2007年），第2665至2672页。[6]被提议为是一种提高汽车侧面板成形性的优化方法。通过方法计算出工艺参数的最佳值。魏等人[7]提出了一种工艺参数的优化方法，并预测关于覆盖件外板的冲压在性能方面的公差。一个排列组合的多重遗传运算法则是由刘和杨提出的。[13]他们提出的算法应用于该工艺参数约束的优化过程中，如压边力和拉延阻力。为了避免破裂和皱纹的风险，纳赛尔等人[14]设计了覆盖件外板最佳形状的初始板料。

回顾上述文献，很显然，有限元分析和优化方法相结合，如实验设计，响应曲面法，遗传算法和人工神经网络（ANN）等的设计方法，是设计冲压流程的一个强大有用的工具。然而，如果改变工艺条件之一，上述被提及的大部分的优化设计程序可能一再的需要重复有限元与不同的工艺参数组合。对于在工业领域的工程师们，要确定最佳的工艺参数是有点困难的。因此，在主要工艺参数内，如初始毛坯形状，压边力，拉延阻力，同时在冲压过程由于缺乏研究这个问题的基础上，它是值得研究的。

这项研究的目的是要提出一个工艺流程设计方法，使用一个可行的成形性图来进行冲压流程的有效和快速设计。本研究提出，在实际的工艺参数的取值范围内提供了无开裂皱纹的可行的成形性冲压过程。对于变化的工艺参数，它并不需要重复优化设计工艺流程。研究中的工艺参数被看作是初始尺寸，如坯料压紧力（BHF），高度与肩半径的拉延。要确定可行的成形性图，有限元分析与工艺参数的组合应对应于正交阵列的实验设计。然后，在形成的极限图（FLD）基础上进行有限元分析，评出开裂和皱纹的特征值。通过训练人工神经网络（ANN），[15]全部排列范围内的工艺参数所有组合的特征值被预测出。可行的成形性图表示的无缺陷的安全区最终确定了工艺参数的所有组合。从有限元模拟的结果与实验结果对比看出，汽车板冲压流程，支持悬挂模块诸如台架悬置和驾驶室模块，作为实例验证了可行的成形工艺设计图中措施的效果。

2.通过可行的成形性图进行冲压工艺流程设计

2.1.工艺参数

在冲压过程设计中，一些工艺参数，如材料性质和润滑条件等，是不能被设计师控制的，而其他参数，如空白尺寸，压边力，以及拉延筋位置则是可以控制的[7]。如果可控制的参数选择不当，冲压过程中可能会产生带有断裂和褶皱的缺陷产品。 因此，在本研究中，这些可控制的参数被视为工艺参数。

第一个工艺参数，即初始板料的形成，在冲压过程对物料流入模腔中具有影响。 传统上把板料最佳形状称为毛坯初始形成生产所需要的形状，其中无论是完全消除或削减焊缝过程。然而，为了保证产品的几何形状和质量，特别是冲压复杂的汽车板件时，最佳形状的板料应被压边力和拉延筋确定。板料的最佳形状，可能会在超过了压力的实际工业条件下或附加的拉延力情况下被改变。因此，在进行最佳板料的设计时，合并工艺参数如压边力和拉延筋的影响是非常复杂困难的，这是因为板料的最佳形状取决于工艺参数

在这项研究中板料的最佳形状形成以下进程。目标轮廓在最终产品的外形上作为一个统一宽度形状被定义。商业有限元软件，如LS - DYNA，通过使用任意长方形的板料来用于有限元仿真。在变形的矩形板料轮廓与目标轮廓比较之后，为了使变形轮廓符合目标轮廓，就要通过使用逆向的LS-DYNA软件（DYNAFORM）在轮廓的结点上所考虑的一步是目前板料顺序的重新定位。这项研究中，板料形状修改之后，有限元仿真过程要反复进行，如图1所示，直到形状误差公差在指

定的假设范围10 -3之内。给出误差公式如下：

（1）其中E是形状误差，AT和AD分别为目标轮廓及变形轮廓。

图1 最佳坯料的设计

如上所述，板料的最佳形状依赖于工艺参数。 为了要确定切实可行的板料形状，方程（1）中得出的初始板料轮廓被一个统一的沿轮廓法线方向的距离所抵消。板料的上下界偏移距离最大值是板料冲压分别成为目标轮廓和板料形状被放大到最终冲压模面后。

（2）其中

是偏移板料轮廓上结点坐标

矢量， 是初始板料轮廓上节点的坐标矢量，δ是偏移量，是运动方向上的单位矢量。 其他工艺参数，即压边力和拉延筋，在控制缺陷的作用中担当着重要的角色。在实际工业中压边力设计在容量范围内。为了提供板料的附加阻力，圆形拉延筋被采用。各种形状的拉延筋被赋予不同参数，如拉延筋的高度和肩部半径，如图2。

图2拉延筋的几何图样

2.2.特征值的评估

皱纹断裂特性值根据给定的工艺参数组合估计，以确定可行的成形性图[16] 。通过分析以成形极限图（FLD）为基础的变形成分定义这个值。如图3所示，主平面上的两个成形极限曲线图（FLCs）变量：主应变1，次应变2，定义如下：

ε 1 = ψ f （ε 2 ）（3） ε 1 = ψw（ε 2）（4） ψ f （2 ）和ψw（2）分别表示FLCs破裂和皱纹的限制区。因此，安全的FLCs定义为以下方程：

f （ε 2）= ψ f （ε 2）-s（5） w （ε 2）= ψw（ε 2）+s （6） 其中s 是一个安全边际，在这项研究中，它是一个被工程师定义并假定范围为10-1内的恒量[7]。因此，两个元素的特征值可以被定义为到安全FLCs的距离，其主要的应变大于f（2）或小于w（2）。总的特征值也可以定义如下：

（7）

（8）

其中n表示元素的总数，p是一个整数常量，本研究中它被设置为2，以考虑最大的

或

的影响，F f ，Fw ，，和

分别表示破裂和皱纹的总特征值。

可行的成形性图上安全区无开裂和皱纹，可存在于指定范围内确定各自的总特征值，这项研究中假设范围是是10-1。如图3所示：

图.3 基于成形极限图定义的特征值

2.3.工艺设计过程

如图4所示，为了生产一个健全无缺陷的产品，在可行的成形性图的基础上进行冲压工艺流程设计。该过程包括以下步骤。有限元仿真和实验设计（DOE），以及人工神经网络应用到可行的成形性图描述中去。对于神经网络训练，对于表面加工和皱纹，把设计参数组合在OA表格中的输入和相应的特征值作为目标值。该神经网络结构分别由一个输入层，输出层和四个有20，20，10和5个神经元

的隐藏层组成。进行人工神经网络训练，直到均方根（RMS）误差小于10-7。 （一）根据最终产品的轮廓的统一焊缝宽度确定目标轮廓。 （二）通过假定初始毛坯形状进行有限元仿真。 （三）通过逆算法修改初始板料形状。

（四）反复执行步骤（三）直到形状误差。 （五）按给定的压力条件，使用从步骤（四）获得的毛坯形状在板料最大的边力

的最大偏移距离内进行有限元仿真。 （六）利用有限元仿真，判断在步骤（五）的条件下是否发生皱纹。 （七）如出现皱纹，根据工艺参数增加拉延边的长度。 （八）对DOE的相应工艺参数组合的正交排列进行有限元仿真。 （九）通过使用方程估计特征值。

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