沖壓加工工藝的智能化發(fā)展

沖壓加工工藝的智能化發(fā)展 摘要摘要 通過(guò)對(duì)沖壓工藝技術(shù)工藝的分析 以及對(duì)沖壓成型近 30 年來(lái) 取得的成果的回顧 分析了沖壓工藝學(xué)的發(fā)展特點(diǎn) 并結(jié)合作者對(duì) 沖壓工藝的了解對(duì)沖壓工藝技術(shù)的發(fā)展做了展望 關(guān)鍵字關(guān)鍵字 加工特點(diǎn) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 智能化 引言引言 近年來(lái) 隨著對(duì)發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的重要性獲得前所未有的 共識(shí)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 通過(guò)與高新技術(shù)的結(jié)合 沖壓成型在 方法和體系上開(kāi)始發(fā)生很大變化 計(jì)算機(jī)技術(shù) 信息技術(shù) 現(xiàn)代測(cè) 控技術(shù)等沖壓領(lǐng)域的滲透與交叉融合 推動(dòng)了先進(jìn)沖壓成形技術(shù)的 形成和發(fā)展 加快了金屬鈑金工藝實(shí)現(xiàn)規(guī)模化 批量化乃至個(gè)性化 生產(chǎn)的進(jìn)程 隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及模糊算法等的發(fā)展 以及控制 科學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與板材成型理論的有機(jī)結(jié)合的綜合技術(shù)的發(fā)展 板料沖壓成型智能化發(fā)展已經(jīng)成為板料沖壓成型的一個(gè)新的發(fā)展方 向 沖壓成形智能化是塑性成形技術(shù) 控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的多 學(xué)科交叉的產(chǎn)物 近年來(lái) 科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn) 特別是計(jì)算機(jī)技術(shù) 更是日新月異 無(wú)論是硬件的計(jì)算速度還是軟件的功能都有了長(zhǎng)足 的進(jìn)步 這些相關(guān)學(xué)科的迅速發(fā)展已為傳統(tǒng)的加工業(yè)實(shí)現(xiàn)更為先進(jìn)的 智能化控制創(chuàng)造了先決條件 將板材成形理論與控制技術(shù)和計(jì)算機(jī) 技術(shù)有機(jī)地相結(jié)臺(tái) 就能夠?qū)崿F(xiàn)沖壓成形的智能化控制 1 1 沖壓工藝的加工特點(diǎn) 沖壓工藝的加工特點(diǎn) 沖壓加工是一種金屬塑性加工工藝 其坯料主要是板材 帶材 管材及其他型材 是利用安裝在壓力機(jī)上的沖模 通過(guò)施加壓力 在瞬間完成加工過(guò)程 把原材料加工成所需要的零件形狀和尺寸的 成品或半成品的工藝過(guò)程 其應(yīng)用范圍極廣 從精細(xì)的電子元件 儀表指針到汽車(chē)的覆蓋件和大梁 高壓容器封頭及航空航天器的蒙 皮 機(jī)身等 均需沖壓加工 目前用沖壓工藝所獲得的制品 在現(xiàn) 代汽車(chē) 拖拉機(jī) 電機(jī)電器 儀器儀表及無(wú)線(xiàn)電電子產(chǎn)品和人們?nèi)?常生活中 都占有十分重要的地位 經(jīng)過(guò)上世紀(jì)對(duì)沖壓工藝的發(fā)展 沖壓工藝也形成了自己獨(dú)特的 加工特點(diǎn) 1 采用沖壓加工方法 在壓床簡(jiǎn)單沖壓下 可以得到壁薄 重 量輕 剛性好 表面質(zhì) 量高 形狀復(fù)雜 用其他加工方法難以加工的工件 如汽車(chē)的 前頂蓋 車(chē)門(mén)等薄殼零件 2 沖壓件的尺寸精度是由模具保證的 制出的零件一般不進(jìn)一 步加工 可直接用來(lái)裝配 而且有一定精度 具有互換性 因此 沖壓加工的尺寸穩(wěn)定 互換性好 3 在耗材不大的情況下 能得到強(qiáng)度高 足夠剛性而重量輕 外表光滑美觀的零件 因此 工件的成本較低 4 沖壓加工一般不需要加熱毛坯 也不像切削加工那樣 大量 切削金屬 所以它不但節(jié)能 而且節(jié)約金屬 操作簡(jiǎn)單 勞動(dòng)強(qiáng)度 低 材料利用率高 一般為 70 85 5 生產(chǎn)效率高 可實(shí)現(xiàn)制品與零件的高速度大量的生產(chǎn) 沖床 沖一次一般可得一個(gè)零件 而沖床一分鐘的行程少則多次 多則幾 百次 同時(shí) 生產(chǎn)出的毛坯和零件形狀規(guī)則 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自 動(dòng)化 最近幾年發(fā)展起來(lái)的簡(jiǎn)易沖模 組合模具 鋅基合金沖模等 為單件大批量生產(chǎn)創(chuàng)造了條件 因此 產(chǎn)品造價(jià)成本低 然而沖壓工藝和其它加工方法一樣 也有其自身的局限性 如 沖模結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 制造周期長(zhǎng) 模具價(jià)格偏高 在單件小批量 多品種生產(chǎn)時(shí)經(jīng)濟(jì)上不合算 為了完善和擴(kuò)充沖壓工藝的優(yōu)點(diǎn) 克 服其缺點(diǎn) 結(jié)合現(xiàn)階段高新技術(shù)的發(fā)展 沖壓工藝正在進(jìn)行著新的 革新 2 2 沖壓成型智能化發(fā)展趨勢(shì) 沖壓成型智能化發(fā)展趨勢(shì) 在計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 以及與高新技術(shù)的結(jié)合 21 世紀(jì)的沖壓技術(shù)將以更快的速度持續(xù)發(fā)展 發(fā)展的方向?qū)⒏油?出 精 省 凈 的需求 適應(yīng)模具產(chǎn)品 交貨期短 精度高 質(zhì)量好 價(jià)格低 的要求服務(wù) 為了滿(mǎn)足板料成型新的要求 智能化發(fā)展得到新關(guān)注 2 12 1 適應(yīng)控制對(duì)沖壓的發(fā)展適應(yīng)控制對(duì)沖壓的發(fā)展 隨著對(duì)沖壓對(duì)象的智能化研究不斷深入 從載荷一位移曲線(xiàn)出 發(fā) 根據(jù)由彈塑性力學(xué)模型導(dǎo)出的彎曲及其回彈理論公式 開(kāi)發(fā)出 了可對(duì)壓機(jī)沖頭的位移進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)控制的適應(yīng)控制方法 在這 方面 美國(guó)的 K A S telson 做了大量的工作并取得了很大的進(jìn)展 Stelson 等人提出了一種混臺(tái)型控制方法 該種方法兼有反饋控制 法和模型控制法的優(yōu)點(diǎn) 同時(shí)克服了兩者的某些缺點(diǎn) 這種方法避 免了反復(fù)加載和角度監(jiān)測(cè)的麻煩 而且成功地適應(yīng)了被彎曲板坯性 能有波動(dòng)的情況 例如 對(duì)于彎曲成形 回彈是不可避免的工藝問(wèn) 題 適應(yīng)控制能夠很好地解決回彈問(wèn)題 并能對(duì)彎曲回彈智能化的 控制 2 22 2 數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用 在彎曲過(guò)程初期 先對(duì)材料特性進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別 隨后的成形過(guò) 程中就可以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)控制 其工作原理是 先用模型模擬法進(jìn)行數(shù) 值計(jì)算 建立無(wú)量綱數(shù)據(jù)庫(kù) 在彎曲加工時(shí)再輸入坯料和模具的尺 寸形狀參數(shù) 然后根據(jù)該數(shù)據(jù)庫(kù)建立檢索文件 檢索文件可以對(duì)傳 感器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的彎曲角和沖頭行程所對(duì)應(yīng)的 n 值進(jìn)行檢索和推定 從而確定由 n 值和沖頭載荷所決定的材料強(qiáng)度系數(shù) B 值 再預(yù)測(cè)出 彎曲后的回彈量 以確定沖頭的最終行程 對(duì)精確化 實(shí)時(shí)化控制 彎曲回彈有了很大的促進(jìn)作用 2 32 3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊算法的應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊算法的應(yīng)用 作為最新的動(dòng)態(tài) 應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論來(lái) 提高加工精度 如前所述 為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制首先必須建立簡(jiǎn)單的 數(shù)學(xué)模型 為建立這種模型 必須采用大量的假設(shè)條件 使各種影 響因素簡(jiǎn)化 因此 這種數(shù)學(xué)模型適用范圍窄 所能顧及的影響因素 不完備 在實(shí)際彎曲的過(guò)程中 象 彈量等反映加工精度的量與板坯 尺寸 材料性能 模具形狀 潤(rùn)滑條件及環(huán)境溫度等因素之間的關(guān)系 是非線(xiàn)性的 為了描述這種復(fù)雜的非線(xiàn)性關(guān)系 需采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng) 由此可見(jiàn) 綜合應(yīng)用數(shù)值模擬 數(shù)據(jù)厙 神經(jīng)同絡(luò)等技術(shù)