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中國的先進(jìn)制造系統(tǒng) 卷。 7，第1號（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 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(shè)計(jì)是一個(gè)多目標(biāo)，多變量，多約束的復(fù)雜問題。是一個(gè)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(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．簡介 薄壁管高精度數(shù)控折彎過程是一個(gè)耦合交互式多因子影響的復(fù)雜過程。如果成形參數(shù)是不適當(dāng)?shù)模瑢?huì)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(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)和專家知識的基礎(chǔ)上，通過一個(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)控彎曲過程中，在工程應(yīng)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(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)知識和經(jīng)驗(yàn)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(shí)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(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(yīng)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(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) 2 中國的先進(jìn)制造系統(tǒng) 卷。 7，第1號（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 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(shè)計(jì)是一個(gè)多目標(biāo)，多變量，多約束的復(fù)雜問題。是一個(gè)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(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．簡介 薄壁管高精度數(shù)控折彎過程是一個(gè)耦合交互式多因子影響的復(fù)雜過程。如果成形參數(shù)是不適當(dāng)?shù)?，將?huì)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(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)和專家知識的基礎(chǔ)上，通過一個(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)控彎曲過程中，在工程應(yīng)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(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)知識和經(jīng)驗(yàn)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(shí)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(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(yīng)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(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)。均勻分布的設(shè)計(jì)是一個(gè)只考慮均勻試驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。 圖1 逐步優(yōu)化的流程圖 根據(jù)研究結(jié)果的關(guān)系、模壁變薄率與延伸長度(e)和提升速度的壓力會(huì)消失(Vp)是由二次多項(xiàng)式回歸:y = a0 + a1x1 + a2x2 + a3x + a4x得到的。然后他們是利用復(fù)合形法,這是一個(gè)直接搜索法,以解決多維非線性問題沒有計(jì)算約束梯度的目標(biāo)。 我們用所建立的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在參考文獻(xiàn)4總結(jié)成形參數(shù)的合理性和確定的參數(shù)范圍。在整個(gè)優(yōu)化過程,建立了在參考文獻(xiàn)5中ABAQUS/ Explicit的有限元模型來計(jì)算。優(yōu)化算法和有限元分析軟件項(xiàng)目開發(fā)傳遞的信息在Visual C + +。 4．結(jié)果與討論 優(yōu)化方案應(yīng)用彎曲管Φ38×1不銹鋼、57mm彎曲半徑的鋁合金驗(yàn)證。 該方法是可行的。對不銹鋼管,結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)變和應(yīng)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(yīng)變和應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行了可編程序控制器(PLC)控制W27YPC - 63數(shù)控液壓彎管機(jī)。采用最優(yōu)值,合格的產(chǎn)品,得到結(jié)果的不銹鋼管與鋁合金作了比較，都沒有缺點(diǎn),滿足質(zhì)量要求,如表 2所示。 5．結(jié)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(jìn)行了成形參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)控彎曲。逐步提出了57毫米優(yōu)化策略,并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,通過實(shí)驗(yàn)其可靠適用。 致謝 筆者感謝由國家自然科學(xué)中國基金（編號：59975076和50175092），航空科學(xué)基金（04H53057），及其他部門提供的支持。 參考文獻(xiàn) 1. 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Technol. 177(2006) 192–196. 7 SooPAT 可雙向彎管的彎管機(jī) 申請?zhí)枺? 申請日： 申請(專利權(quán))人 地址 發(fā)明(設(shè)計(jì))人 主分類號 分類號 公開(公告)號 公開(公告)日 專利代理機(jī)構(gòu) 代理人 www.soopat.com 注：本頁藍(lán)色字體部分可點(diǎn)擊查詢相關(guān)專利                   ?憽?????翤?????????篭??啕瓶筞鋱??????累???欽????綿???Ｌ萀帳???齀轡?涏禎?澽??????﹋???蓀弻??罅??拼??胯??僚省????蟑?齒漭?醗?????????????????諿?????韸姒???塚???禠?毭??敉圅???熅?錄滵????凼?酮??篳譯煿???珝????箮?翨?寑?＋╀y??側(cè)ヾ罬???ｒ詣??痌翕?????鼀???鼈???憩?憐?弛???齔扸??ó?影??????蟹??碈?痎??????﹗棱ヽ???｜??o隹?譢召秾??牱???斾迧???胍?動(dòng)?鹵狺?叄咼?偑持????裌?????g?騭???輪虷??阬?╭綁亄?筐??郾翽???箎??????佇??矠????墳妁???翊??????????????豪熩湄窐?徻??ｕ鬀輶?????彷?ｉ????蛺?轟澩?旦菸????y毐羢???﹤?????箴筆轌????板???凴???癆翕??堇??????﹗??五??惵苵點(diǎn)巺?鷹??ザ浤莮單?篳譱霌?用祕?墀?????????啹碾糯寽譼?????醣?????腆?脎??????????鰥梬??贏???芁怐觮??妝?喜??絚?汵?喔?浴÷鲅?裿?忹?????諏?罛洅?髙叝?倏?庠岃??鍵???駆殃???????????傗巋?????????嗩駆?庲????昮委?????釸??翆扲碵播芷??癅?滆???焲果?袳????梻巛魴?鞪橋?忝?????????????????梛???氞???萅?圜粬Q?????賽伾斖??晬咟?祝?吶鳷朗???嵣?????莮???饚?????瞪?喏????腷﨏瑣?@??峣?屧???÷?筁?????礵?睺?Ⅺ???????瞣瑰???????????投?諛?翍?奬???銷???????盚?腞?????????幩衝暀?蕰?????廏墺?坆闥?????屇??????????????????踩╚侏?噱????鍵????鷊?歚??呅兝????????堁?M鴨笝篸????喦?凰???秱齄?鴬掯?鯼?э?堝?荕蓙????鰜?ú?????銏?謥??滎躕?????駎?損?怰??噺???????迢?卟????凜?膶???悰?躹?澌???????塢??顲?礠???絤???俍??厴一勦??????瓕尓????匬缼擻灋???诐?淲乇?殙?爚???????冽х儈??鑄唀??Е吀?儀?夀鰐倄屁退???????儀?儂х儀х儈х???????х兀?儀吅倀???????吀碔??????~???????佟崐?濪??善????????鄙鵊??溵斃枂?????愧??夠??溟????凄?閱????恗拓????????殕????決瑠??嚊???翴法y嘭????聵舐???臏??潑?????韋?廈??秌????扇坔???檥?????倔??喁倔唁?敁?醃??????????暦?芆穫???????懃?????????????喻???侎???￡?曬??擰???５?????Ｊ蚄???????狴憐杠?亴?蓺?ｋ?????亄??楄????赪旸?琗??７?振??棐寵眢輀nＡ??ü????????菗??狧??????斖兒??蕣鍸???浞衎?訂?說???????訲?誣　誠?袢?誦?躦?躆????樁舀??????????????????涊?梈?????????岢煪驠?蹂??蟊?噚?敼?????漲?韐?劏??嶗????淺?????娔豰??????????????????傊燧傭??????測??蛅????騱?丹绱變绱???髗???醑輇????鱗綠?嚵??焔????儔?儔?倔?倔???儘─????匔?刔О竤焾?燌ó???南?????齟?????s?述?????????堟?央汾已癊劑????觔?????????媯￣一?撮?昊?床??噁自?????萴??鈥詮???桅瓔??唑??????璀?????閥???吀?倐啓鑒啓　??敱?Q?ё?唘?啙?旛???隦???????簛鷶壧??艌???嫥???瑋?廓翏翶嬞巾????????牀拉??浟???尳??揸????鱗箾??縮袣譚簀???貤栐???????擣?戸?嗶粳汓瑑??赤欄???$???嘜術(shù)鈊?????が???鞺儕钂?恄嗉嫐鄆??????蘺?亯??籷????嗱?qū)J???葴?р儜р儔?瀔?倔???儐?冀???焔?━???瞣??剘?ぐ孛?愌靊蛪???煋???璢仚涫榠婓?????艭?????4璹??夼酢??搈??咚?憤?????簢??阭???呄磔????┖?狺???憮????謹(jǐn)ú?Г岐?孜???????減痣?瓬???雷?囡計(jì)??????鋂???育?聢?耢?耢?耲?肂???￠???钷?腸?胢?膢?誫?肢?￠?耲????肂?耆?臂?ê???摦?五蘷嶇?茭聶????磚???????傯??溶?覣???喑溄???????,z???劫?→?妯?尼????騕???虧?祛???謔堔豥????è????????┕??嘥們｜樂恖?E儔?億E??儔E??倔?儔??I儔A児?︳唷瀧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）。
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(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)知識和經(jīng)驗(yàn)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(shí)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(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(yīng)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(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)。均勻分布的設(shè)計(jì)是一個(gè)只考慮均勻試驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。
圖1 逐步優(yōu)化的流程圖 根據(jù)研究結(jié)果的關(guān)系、模壁變薄率與延伸長度(e)和提升速度的壓力會(huì)消失(Vp)是由二次多項(xiàng)式回歸:y = a0 + a1x1 + a2x2 + a3x + a4x得到的。然后他們是利用復(fù)合形法,這是一個(gè)直接搜索法,以解決多維非線性問題沒有計(jì)算約束梯度的目標(biāo)。 我們用所建立的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在參考文獻(xiàn)4總結(jié)成形參數(shù)的合理性和確定的參數(shù)范圍。在整個(gè)優(yōu)化過程,建立了在參考文獻(xiàn)5中ABAQUS/ Explicit的