[发明专利]一种基于成形缺陷预测板料成形工艺参数的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于金属板料拉延成形技术领域，具体涉及一种基于成形缺陷预测板料成形工艺参数的确定方法。

背景技术

钣金件冲压成形作为现在工业中一种非常重要的制造技术，广泛地应用于汽车、航空和军事工业中。钣金件加工对产品制造质量、周期和成本有重要影响，钣金件的制造精度和质量直接影响外形精度、产品性能和装配质量。因此，钣金成形技术是先进制造技术的重要组成部分，在很大程度上决定了产品质量、效益和开发能力，是一个国家制造业竞争力的重要影响因素之一。

不合理的工艺参数组合选取会导致如起皱、破裂等成形缺陷出现在钣金件的模面上，影响工件的成形质量。传统的冲压过程工艺参数选取依赖设计者的经验，即设计者通过反复修改工艺参数、试模来确定能够保证钣金件成形质量的工艺参数组合。上述方法的时间和经济成本都比较高，无法满足现代制造业的要求。同时，钣金件冲压成形过程是一个典型的多目标问题，其多个缺陷评价指标存在耦合关系，即在同一时刻将所有缺陷评价指标降到最低几乎不可能。综上，依靠设计者经验难以高效地确定合适的工艺参数组合。因此，研究者需要寻找一种能缩短设计周期、减少设计成本且保证成形质量的工艺参数优化法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于成形缺陷预测板料成形工艺参数的确定方法，利用高斯过程回归模型对金属板料拉延成形过程中产生的破裂、起皱缺陷大小进行回归分析，对拉延过程的成形缺陷进行准确预测，同时采用多目标遗传算法求解高斯过程回归模型，获取工艺参数组合的非劣解集，从而保证金属板料在拉延成形之后的成形质量，指导金属板料的实际生产。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种基于成形缺陷预测板料成形工艺参数的确定方法，包括如下步骤：

1)拉延过程工艺参数试验设计矩阵的数据获取

利用有限元仿真软件，通过最陡坡实验确定板料拉延过程中各段拉延筋的阻尼系数与板料的压边力大小的取值范围，采用中心复合试验构建试验设计矩阵中训练样本集合的设计变量部分，并在设计空间中随机选点构成试验设计矩阵中测试样本集合的设计变量部分，通过有限元分析，获取各组工艺参数的有限元分析结果；

2)拉延过程成形缺陷响应值的计算，构建试验设计矩阵

采用基于成形极限图的成形缺陷计算法，以步骤1)中有限元分析结果中各单元到成形极限曲线的距离之和计算板料在不同工艺参数组合下的起皱和破裂缺陷大小，完善训练样本集合和测试样本集合，构建完整的试验设计矩阵，所述完整的试验设计矩阵表示为{x_i，obf_i，obw_i}，其中，i为样本的组数，x_i表示板料拉延过程中各段拉延筋的阻尼系数和板料的压边力大小，obf_i表示拉延过程中板料的破裂缺陷值大小，obw_i表示拉延过程中板料的起皱缺陷值大小；

3)拉延过程工艺参数与目标响应数据预处理

采用归一化方法对步骤2)中完善后的训练样本集合和测试样本集合进行预处理；

4)建立工艺参数与目标响应之间的高斯过程回归模型

利用步骤3)预处理后的训练样本集合建立高斯过程回归模型；

5)采用多目标遗传算法求解高斯过程回归模型

采用多目标遗传算法求解步骤4)所建立的高斯过程回归模型，获取板料拉延成形工艺参数组合的非劣解集；

6)对步骤5)中获得的非劣解集进行反归一化处理，获得板料拉延成形的实际工艺参数组合。

进一步，步骤1)具体为：建立工件的三维模型，将其导入dynaform软件中，进行工艺补充面设计，建立有限元模型，进行拉延筋分布配置，通过最陡坡实验确定板料拉延过程中各段拉延筋的阻尼系数与板料的压边力大小的取值范围，采用中心复合试验构建试验设计矩阵中训练样本集合的设计变量部分，并在设计空间中随机选取十个点构成试验设计矩阵中测试样本集合的设计变量部分，通过有限元分析，获取各组工艺参数的有限元分析结果。

进一步，步骤3)中，归一化预处理公式为：

其中，x表示变量，mean(x)为变量x的均值，var(x)为变量x的方差；

其中，y表示变量，mean(y)为变量y的均值，var(y)为变量y的方差。