CN104690094B - 一种连续变厚度板的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连续变厚度板的成型方法，包括：确定待生产的连续变厚度板的厚度分配，确定坐标原点，以该连续变厚度板的不变边缘为x轴，以其厚度方向作为y轴建立坐标系；在x轴上选取第一组点，得到第一数量个训练样本点的坐标，并利用该训练样本点拟合成近似模型；在x轴上选取第二组点，得到第二数量个检测样本点的坐标，利用所述检测样本点根据收敛条件测试所述近似模型的精度；若近似模型满足精度，确定待生产的连续变厚度板的厚度曲线，并控制轧辊进行按照厚度曲线运动，进行压轧。本发明保证了板材厚度曲线的精度还增加了实际加工中的可行性；可以根据自身的需要，可以选择双边对称结构和单边变厚度模式，增加了整个方法的智能性。

Description

一种连续变厚度板的成型方法

技术领域

本发明涉及汽车制造领域，尤其涉及一种连续变厚度板的成型方法。

背景技术

随着节能、环保及安全成为当今汽车工程领域三大具有重要社会与经济意义的研究热点，汽车轻量化设计作为降低原油消耗和尾气排放的重要手段，已经得到世界各国的重视。汽车车身轻量化设计并不是简单的将汽车减重，其本质是在保证汽车车身强度、刚度及安全性能的前提下尽可能的降低车身的重量。目前主要有三种技术手段：使用轻量化结构、使用轻量化材料和使用轻量化结构材料。轻量化结构即以车身重量为目标，车身零件在工况下的强度和刚度要求为约束，借助优化方法对车身结构进行优化设计，通过车身零部件的薄壁化、中空化、小型化或集成化，以减小车身骨架和车身覆盖件的质量或数量，从而达到车身减重目的。轻量化材料即在满足相同的力学特性前提下，材料的质量最轻，这些材料主要可以分为两类：一是高强钢材料，包括普通高强钢、先进高强钢以及超高强钢；另一类是低密度材料，包括铝合金、镁合金、塑料、复合材料等。轻量化结构材料即采用特种加工工艺制成的具有轻量化结构特征的车身用毛坯材料。轻量化结构材料可以在满足结构件性能的基础上最大限度的优化部件结构，实现部件功能与减重的最大限度结合。

连续变厚度板(Tailor Rolled Blank,TRB)作为一种轻量化结构材料也逐渐应用于汽车车身结构件中。TRB是在板料轧制过程中通过计算机给定的边界条件实时控制并调整轧辊的间距，从而获得沿着轧制方向上按照预定的厚度连续变化的坯料板材。TRB变厚度板材的核心技术是“柔性轧制”(Flexible Rolling)，采用这一全新的工艺，可以在轧制过程中，通过改变轧辊辊缝，来获取纵向厚度按照预期变化的变厚度板材。这样的变截面薄板经成形加工后制成的结构具备更好的承载能力，主要应用于汽车行业，为汽车的轻量化做出了贡献。TRB 可以按照结构件不同部分的强度刚度需要实现材料厚度的“按需分配”，使得汽车结构件满足使用性能的同时具有更轻的质量。现如今石油价格高昂环境污染严重，为了节能、减排车身的轻量化是一种行之有效的途径，不但可以减少车身钢材的使用量还可以减少燃油的使用，TRB正是这种适合于汽车车身轻量化的钢板。

目前生产的TRB厚度变化有一定的局限性，不能实现较复杂的厚度变化，当TRB板厚度变化复杂时，现有的成型方法不能很好的保证成型板材精度，与此同时，车身重要部位的零件如B柱、前纵梁及保险杠等结构复杂。如何设计出具有复杂厚度变化的TRB板成型方法对TRB板在车身零件中的应用具有较大的实用价值。

发明内容

为了克服现有技术中TRB板厚的成型方法不能很好的保证成型板材精度，本发明提供了一种连续变厚度板的成型方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种连续变厚度板的成型方法，包括：

确定待生产的连续变厚度板的厚度分配，确定一坐标原点，以该连续变厚度板的不变边缘为x轴，以其厚度方向作为y轴建立坐标系；

在x轴上选取第一组点，并测得第一组的每个点对应的连续变厚度板的厚度值作为y轴坐标，得到第一数量个训练样本点的坐标，并利用该训练样本点拟合成近似模型；

在x轴上选取第二组点，并测量第二组的每个点对应的连续变厚度板的厚度值作为y轴坐标，得到第二数量个检测样本点的坐标，利用所述检测样本点根据收敛条件测试所述近似模型的精度；

若近似模型满足精度，确定待生产的连续变厚度板的厚度曲线，并控制轧辊进行按照厚度曲线运动，进行压轧。

进一步来说，所述的连续变厚度板的成型方法中，所述近似模型以多项式为基函数的函数f；

当待生产的连续变厚度板是双边对称结构时，每边的厚度曲线g＝0.5f；

当待生产的连续变厚度板是单边结构时，则变厚度边的厚度曲线g＝f；其中f和g为关于x的函数。

进一步来说，所述的连续变厚度板的成型方法中，选取第二数量的x轴上的点，并测量每个x轴上的点对应的连续变厚度板的厚度值作为y轴坐标，得到第二数量个检测样本点的坐标，利用所述检测样本点测试所述近似模型的精度后包括步骤：

若近似模型不满足精度，增加训练样本点的数目或增加多项式的复杂度，重新拟合近似模型，直至近似模型满足精度。

进一步来说，所述的连续变厚度板的成型方法中，确定待生产的连续变厚度板的厚度分配，确定一坐标原点，以该连续变厚度板的不变边缘为x轴，以其厚度方向作为y轴建立坐标系具体为：

该局部坐标系以试件的长度方向为自变量x正方向，以试件的起点作为坐标原点，将各个截面的厚度作为各个自变量x对应的因变量y。

进一步来说，所述的连续变厚度板的成型方法中，在x轴上选取第二组点，并测量第二组每个点对应的连续变厚度板的实际厚度值作为y轴坐标，得到第二数量个检测样本点的坐标，利用所述检测样本点根据收敛条件测试所述近似模型的精度具体为：

将第二组点的x轴值分别代入近似模型中，求得每个x轴值对应的拟合厚度值，并将所述实际厚度值和拟合厚度值按照收敛条件进行精度测试。

进一步来说，所述的连续变厚度板的成型方法中，所述收敛条件包括：

R²：

其中，R²是一个整体指标，值越接近1模型越精确y_i是实际值，是拟合值，是均值；

RAAE：

其中，RAAE是一个整体指标，值越小模型越精确，STD代表标准差；

RMAE：

其中，RMAE是一个局部指标，描述了设计空间中的局部误差，值越小模型精度越高；

其他判断依据：绝对误差、相对误差、均方差。

进一步来说，所述的连续变厚度板的成型方法中，若近似模型不满足精度，增加训练样本点的数目或增加多项式的复杂度，重新拟合近似模型，直至近似模型满足精度包括：

逐个增加训练样本点的数目，重新拟合近似模型。

进一步来说，所述的连续变厚度板的成型方法中，当待生产的连续变厚度板是单边结构时，不变化边则保持直线。

本发明的有益效果是：本发明的连续变厚度板的成型方法，根据实际零件的强度分部计算相应的厚度分配；然后选择适当的样本点并根据厚度分配计算出样本点处的真实厚度值；再利用多项式响应面方法建立变厚度边的厚度曲线，充分发挥了多项式响应面的高精度、高光滑度的优点，不但保证了板材厚度曲线的精度还增加了实际加工中的可行性；最后用户根据自身的需要，可以选择双边对称结构和单边变厚度模式，增加了整个方法的智能性。

附图说明

图1表示本发明实施例中连续变厚度板的成型方法的主要流程示意图；

图2表示本发明实施例中连续变厚度板的成型方法的完整流程示意图；

图3表示本发明实施例中连续变厚度板为单边结构示意图；

图4表示本发明实施例中连续变厚度板为双边结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

参照图1所示，本发明提供了一种连续变厚度板的成型方法，包括：步骤100，确定待生产的连续变厚度板的厚度分配，确定一坐标原点，以该连续变厚度板的不变边缘为x轴，以其厚度方向作为y轴建立坐标系；步骤200，在x轴上选取第一组点，并测得第一组的每个点对应的连续变厚度板的厚度值作为y轴坐标，得到第一数量个训练样本点的坐标，并利用该训练样本点拟合成近似模型；步骤300，在x轴上选取第二组点，并测量第二组的每个点对应的连续变厚度板的厚度值作为y轴坐标，得到第二数量个检测样本点的坐标，利用所述检测样本点根据收敛条件测试所述近似模型的精度；步骤400，若近似模型满足精度，确定待生产的连续变厚度板的厚度曲线，并控制轧辊进行按照厚度曲线运动，进行压轧。

进一步地，步骤100中的TRB钢板厚度按照零件不同区域所需的不同强度分配，遵循了TRB板的基本原理，但是此时计算得到的厚度分配容易出现曲线不光滑、不易现实生产工艺加工生产的缺点。

进一步地，步骤200中具体为：该局部坐标系以试件的长度方向为自变量x正方向，以试件的起点作为坐标原点，将各个截面的厚度作为各个自变量x对应的因变量y。

进一步来说，步骤400中，近似模型以多项式为基函数的函数f；这样可以在保证拟合精度的前提下给出厚度沿试件长度方向的具体函数表达式，方便在机床上加工试件。同时，多项式响应面具有较强的连续性、光滑性，足以保证轧辊的运动按照给定的多项式曲线形式实现，增强了该方法的可行性和与实际工程的一致性。根据用户确定的变厚度模式和拟合得到的高精度响应面，中心控制器控制轧辊的运动轨迹按照g(x)运动。

当待生产的连续变厚度板是双边对称结构时，每边的厚度曲线g＝0.5f；当待 生产的连续变厚度板是单边结构时，则变厚度边的厚度曲线g＝f；其中f和g为关于x的函数。变厚度板模式选择，可由用户根据实际需要选择对称结构和非对称结构，增强了整个系统的智能化和人性化。

进一步地，若近似模型不满足精度，增加训练样本点的数目或增加多项式的复杂度，重新拟合近似模型，直至近似模型满足精度。该测试精度的方法具体为：将第二组点的x轴值分别代入近似模型中，求得每个x轴值对应的拟合厚度值，并将所述实际厚度值和拟合厚度值按照收敛条件进行精度测试。检验样本点可选择若干具有代表特征的位置，如端点、中点、最大厚度点等。

进一步地，若近似模型不满足精度，增加训练样本点的数目或增加多项式的复杂度，重新拟合近似模型，直至近似模型满足精度包括：逐个增加训练样本点的数目，重新拟合近似模型。样本点数可根据所构造近似模型是否满足精度而逐渐增加，样本点数依托于所选多项式基函数而定，因为现实生产的TRB钢板厚度变化是均匀且连续的，故不需要太多点即可拟合出高精度的厚度近似模型。

进一步来说，收敛条件包括：

R²：

其中，R²是一个整体指标，值越接近1模型越精确y_i是实际值，是拟合值，是均值；

RAAE：

其中，RAAE是一个整体指标，值越小模型越精确，STD代表标准差；

RMAE：

其中，RMAE是一个局部指标，描述了设计空间中的局部误差，值越小模型精度越高；此外也可选择绝对误差、相对误差、均方差等作为判断依据。

参照图2所示，本发明提供一种连续变厚度板的成型方法，完整步骤如下：1：根据零件的强度分部确定待生产的TRB钢板厚度分配；2：建立局部坐标系：以不变边缘为x轴，厚度方向为y轴，该局部坐标系以试件的长度方向为自变量x正方向，以试件的起点作为坐标原点，将各个截面的厚度看做各个位置上的因变量y；3：选取适当的样本点并测量对应的厚度值，样本点数可根据所构造近似模型是否满足精度而逐渐增加；4：利用函数拟合技术，构造多项式近似模型f(x)，该近似模型选择以多项式为基函数，这样可以在保证拟合精度的前提下给出厚度沿试件长度方向的具体函数表达式，方便在机床上加工试件；5：产生检验样本点，并测量其对应的真实厚度，检验样本点可选择若干具有代表特征的位置，如端点、中点、最大厚度点等；6：检验所构建多项式近似模型是否满足精度，精度收敛条件可以选择各个检测样本点的相关性系数R²、RAAE、RMAE，也可选择绝对误差、相对误差、均方差等作为判断依据；7：若不满足精度，增加多项式基函数的复杂度及增加训练样本点，直至满足精度，对于现生产的TRB钢板不需要太多点即可拟合出高精度的厚度近似模型；8：根据用户需求，确定生产的变厚度板材是双边对称结构还是单边变厚度结构；9：若是双边对称的变厚度板，每边的厚度曲线为g(x)＝(1/2)f(x)；10：若是单边变厚度板结构，则变厚度边的曲线为g(x)＝f(x)；步骤11：将变厚度边变化曲线g(x)输入到中心控制器，由中心控制器控制轧辊的运动轨迹按照g(x)运动。

厚度变化函数形式并不复杂，本发明在设计并不复杂形状的试件时，所用的样本点消耗是很少的。

根据本发明得到的单边变厚度模式如图3所示。

根据本发明得到的双边对称变厚度模式如图4所示。

本发明消除了现有成型工艺方法造成的TRB板件形状模式单一、不能实现较复杂形状的缺点：首先根据实际零件的强度分部计算相应的厚度分配；然后 选择适当的样本点并根据厚度分配计算出样本点处的真实厚度值；再利用多项式响应面方法建立变厚度边的厚度曲线，充分发挥了多项式响应面的高精度、高光滑度的优点，不但保证了板材厚度曲线的精度还增加了实际加工中的可行性；最后用户根据自身的需要，可以选择双边对称结构和单边变厚度模式，增加了整个方法的智能性。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种连续变厚度板的成型方法，其特征在于，包括：

确定待生产的连续变厚度板的厚度分配，确定一坐标原点，以该连续变厚度板的不变边缘为x轴，以其厚度方向作为y轴建立坐标系；

在x轴上选取第一组点，并测得第一组的每个点对应的连续变厚度板的厚度值作为y轴坐标，得到第一数量个训练样本点的坐标，并利用该训练样本点拟合成近似模型；

在x轴上选取第二组点，并测量第二组的每个点对应的连续变厚度板的厚度值作为y轴坐标，得到第二数量个检测样本点的坐标，利用所述检测样本点根据收敛条件测试所述近似模型的精度；包括：将第二组点的x轴值分别代入近似模型中，求得每个x轴值对应的拟合厚度值，并将所述实际厚度值和拟合厚度值按照收敛条件进行精度测试；

所述收敛条件为关于拟合厚度值和实际厚度值的评价指标；当近似模型满足精度时，根据待生产的连续变厚度板的单边或双边对称结构确定待生产的连续变厚度板的厚度曲线，并控制轧辊按照厚度曲线运动，进行压轧。

2.如权利要求1所述的连续变厚度板的成型方法，其特征在于，所述近似模型以多项式为基函数的函数f；

当待生产的连续变厚度板是双边对称结构时，每边的厚度曲线g＝0.5f；

当待生产的连续变厚度板是单边结构时，则变厚度边的厚度曲线g＝f；其中f和g为关于x的函数。

3.如权利要求2所述的连续变厚度板的成型方法，其特征在于，选取第二数量的x轴上的点，并测量每个x轴上的点对应的连续变厚度板的厚度值作为y轴坐标，得到第二数量个检测样本点的坐标，利用所述检测样本点测试所述近似模型的精度后包括步骤：

当近似模型不满足精度时，增加训练样本点的数目或增加多项式的复杂度，重新拟合近似模型，直至近似模型满足精度。

4.如权利要求1所述的连续变厚度板的成型方法，其特征在于，确定待生产的连续变厚度板的厚度分配，确定一坐标原点，以该连续变厚度板的不变边缘为x轴，以其厚度方向作为y轴建立坐标系具体为：

局部坐标系以试件的长度方向为自变量x正方向，以试件的起点作为坐标原点，将各个截面的厚度作为各个自变量x对应的因变量y。

5.如权利要求1所述的连续变厚度板的成型方法，其特征在于，所述收敛条件包括：

R²：

$R^2=1-\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(y_i-{\hat{y}}_i)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}$

其中，R²是一个整体指标，值越接近1模型越精确yⁱ是实际值，是拟合值，是均值；

RAAE：

$RAAE=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}|y_i-{\hat{y}}_i|}{n\·STD}$

其中，RAAE是一个整体指标，值越小模型越精确，STD代表标准差；

RMAE：

$RMAE=\frac{max\left(\right|y_1-{\hat{y}}_1|,|y_2-{\hat{y}}_2|,...|y_n-{\hat{y}}_n\left|\right)}{STD}$

其中，RMAE是一个局部指标，描述了设计空间中的局部误差，值越小模型精度越高。

6.如权利要求3所述的连续变厚度板的成型方法，其特征在于，当近似模型不满足精度时，增加训练样本点的数目或增加多项式的复杂度，重新拟合近似模型，直至近似模型满足精度包括：

逐个增加训练样本点的数目，重新拟合近似模型。

7.如权利要求2所述的连续变厚度板的成型方法，其特征在于，当待生产的连续变厚度板是单边结构时，不变化边则保持直线。