CN105467840B - 一种封头薄壁构件拉深变压边力优化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种封头薄壁构件拉深变压边力优化控制方法。针对需拉深的板料，初始化压边力等参数，进行拉深，先计算板料的减薄率对板料压边力进行破裂判断并处理，计算板料的厚度对板料压边力进行起皱判断并处理，作为赋值后压边力，计算板料平均弯矩对板料进行回弹判断并处理，再次计算板料的减薄率对板料进行破裂判断并处理，进行多次拉深步的压边力控制后整个封头薄壁构件拉深完成。本发明对变压边力进行了实时优化调整，保证了拉深成形件的质量和精度，同时可保证板料不破裂、不起皱。
Description
技术领域
本发明涉及了一种板料拉深控制方法，尤其是涉及了板料拉深压边力控制领域的一种封头薄壁构件拉深变压边力优化控制方法，解决了板料拉深过程中起皱、破裂、回弹的问题，提出了新的变压边力控制方法。
背景技术
针对板料拉深过程中的起皱、破裂、回弹的问题，目前的压边力优化方法主要考虑了起皱、破裂对板料成形的影响或者单独考虑回弹对板料成形的影响。由于封头薄壁构件成形过程复杂，质量和精度要求高，因此在进行压边力控制时需同时考虑起皱、破裂、回弹三种情况。为了得到合格封头薄壁构件，在板料变形中需根据板料变形情况做出压边力的实时调整，因此需要一种有效的变压边力控制方法。
发明内容
为了解决封头薄壁构件拉深成形过程中的起皱、破裂、回弹的问题，本发明提供一种封头薄壁构件拉深变压边力优化控制方法。针对封头薄壁构件拉深成形过程中出现的起皱、破裂、回弹现象而影响成形件品质的问题，提出新的变压边力控制方法。
本发明采用以下技术方案，包括以下步骤：
步骤1：初始化压边力BHF、拉深步数序列号i＝0，设置约束值，拉深预设步数n，单位拉深深度dx；初始化使得压边力BHF、拉深次数序列i＝0，初始拉深深度L0＝0mm和单位拉深深度dx为零。
步骤2：进行第i+1步拉深；
步骤3：计算板料的减薄率对板料压边力进行破裂判断；
如果板料压边力符合破裂，则采用赋值BHF＝BHF×γ逐步减小压边力大小，γ表示压边力的减益因数，直到板料压边力不满足破裂；
步骤4：计算板料的厚度对板料压边力进行起皱判断；
如果板料压边力符合起皱，则采用赋值BHF＝BHF×α逐步增加压边力大小，α表示压边力的增量因数，每次逐步增加后再转到步骤3进行破裂判断，直到板料压边力既不满足破裂，也不满足起皱，然后进行步骤5；
步骤5：由步骤4最后得到调整后的压边力作为赋值后压边力BHFa；
步骤6：计算板料平均弯矩对板料进行回弹判断，
如果板料压边力符合回弹，转到步骤7；
如果板料压边力不符合回弹，则将压边力BHF赋值为步骤5得到的赋值后压边力BHFa作为新的压边力BHF，再转到步骤10；
步骤7：采用赋值BHF＝BHF×β逐步增大压边力的大小，β表示压边力的增益因数，取β＝1.01，每次逐步增加后计算板料平均弯矩对增大后的压边力进行回弹判断，直到板料压边力不满足回弹，再转到步骤9；
步骤8：再次计算板料的减薄率对板料进行破裂判断：
如果符合破裂判断，则将压边力BHF赋值为步骤5得到的赋值后压边力BHFa作为新的压边力BHF；如果不符合破裂判断，则直接获得当前压边力BHF；
步骤9：重复上述步骤2～8进行多次拉深步的压边力控制，直到拉深步数i达到预设值n，即经历n个拉深步之后，整个封头薄壁构件拉深完成。
步骤4中的起皱采用以下公式判断：
D>B×t0
其中，D表示凹模与压边圈之间的距离，t0表示薄板初始厚度，B表示安全系数；当满足上述公式时，板料起皱，否则板料不起皱。
所述步骤3和8中的破裂采用以下公式判断：
θmax,i>θcr
其中，θmax,i表示第i个拉深步的最大减薄率，θcr表示破裂临界减薄率值，具体实施中取θcr＝20％；当满足上述公式时，板料破裂，否则板料不破裂。
所述步骤6中的回弹采用以下公式判断，通过弯矩来度量板料回弹量：
Mave>M
其中，Mave为板料平均弯矩，M为板料弯矩，当满足上述公式时，板料回弹过大，满足回弹，否则板料不回弹。
本发明的有益效果是：
本发明根据封头薄壁构件成形过程中的起皱、破裂、回弹现象对变压边力进行了实时优化调整，保证了拉深成形件的质量和精度。同时，在对难以控制回弹的板料进行拉深时，本发明中的变压边力控制方法可保证板料不破裂、不起皱。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的实施例及其具体实施过程如下：
步骤1：初始化压边力BHF、拉深步数序列号i＝0，设置约束值，拉深预设步数n，单位拉深深度dx；
步骤2：进行第i+1步拉深；
步骤3：计算板料的减薄率对板料压边力进行破裂判断；
如果板料压边力符合破裂，则采用赋值BHF＝BHF×γ逐步减小压边力大小，γ表示压边力的减益因数，具体实施中取γ＝0.99，直到板料压边力不满足破裂；
步骤4：计算板料的厚度对板料压边力进行起皱判断；
如果板料压边力符合起皱，则采用赋值BHF＝BHF×α逐步增加压边力大小，α表示压边力的增量因数，具体实施中取α＝1.02，每次逐步增加后再转到步骤3进行破裂判断，直到板料压边力既不满足破裂，也不满足起皱，然后进行步骤5；通过以上步骤3和步骤4得到同时不满足破裂判断和起皱判断的压边力。
步骤5：由步骤4最后得到调整后的压边力作为赋值后压边力BHFa；
步骤6：计算板料平均弯矩对板料进行回弹判断，
如果板料压边力符合回弹，转到步骤7；
如果板料压边力不符合回弹，则将压边力BHF赋值为步骤5得到的赋值后压边力BHFa作为新的压边力BHF，再转到步骤10；
步骤7：采用赋值BHF＝BHF×β逐步增大压边力的大小，β表示压边力的增益因数，取β＝1.01，每次逐步增加后计算板料平均弯矩对增大后的压边力进行回弹判断，直到板料压边力不满足回弹，再转到步骤9。
通过步骤6和步骤7得到不符合回弹判断的压边力，由于β>1，所以步骤6、7中的压边力一定大于步骤5的BHFa，故压边力一定不符合起皱判断，因此只在后续步骤中进行破裂判断，而不进行起皱判断。
步骤8：再次计算板料的减薄率对板料进行破裂判断：
如果符合破裂判断，则将压边力BHF赋值为步骤5得到的赋值后压边力BHFa作为新的压边力BHF；如果不符合破裂判断，则直接获得当前压边力BHF；在板料的拉深成形中，有的板料存在难以控制回弹的问题，此时只需板料考虑不出现破裂、起皱现象，回弹问题可使用其他工艺进行消除。
步骤9：重复上述步骤2～8进行多次拉深步的压边力控制，直到拉深步数i达到预设值n，即经历n个拉深步之后，整个封头薄壁构件拉深完成。
步骤4中的起皱采用以下公式判断：
D>B×t0
其中，D表示凹模与压边圈之间的距离，t0表示薄板初始厚度，B表示安全系数，具体实施中取B＝1.15；当满足上述公式时，板料起皱，否则板料不起皱。
步骤3和8中的破裂采用以下公式判断：
θmax,i>θcr
其中，θmax,i表示第i个拉深步的最大减薄率，θcr表示破裂临界减薄率值，具体实施中取θcr＝20％；当满足上述公式时，板料破裂，否则板料不破裂。
步骤6中的回弹采用以下公式判断：
Mave>M
其中，Mave为板料平均弯矩，M为板料弯矩，当满足上述公式时，板料回弹过大，满足回弹，否则板料不回弹。
本实施例具体是将直径7354mm、厚度5mm的铝合金钢板拉深为长半轴1675mm、短半轴1400mm的半椭球面，设定拉伸次数n＝56，取初始压边力BHF1,1＝700kN，最大拉深深度Lmax＝1400mm，初始拉深深度L0＝0mm，单位拉深深度dx＝25mm。表1为56次拉深过程中的部分参数变化。
表1
| 序号 | i | j | BHFi,j/kN | D/mm | θmax | Mave/mm·NMave |
| 1 | 30 | 6 | 877 | 5.67 | 0.31％ | 461 |
| 2 | 33 | 5 | 987 | 5.23 | 2.45％ | 460 |
| 3 | 36 | 4 | 1131 | 5.15 | 5.78％ | 380 |
| 4 | 39 | 3 | 1224 | 4.87 | 8.99％ | 311 |
| 5 | 42 | 1 | 1300 | 3.21 | 10.21％ | 260 |
| 6 | 45 | 2 | 1276 | 3.43 | 12.12％ | 304 |
| 7 | 52 | 1 | 759 | 5.06 | 14.89％ | 315 |
| 8 | 56 | 6 | 515 | 5.23 | 15.69％ | 364 |
采用本发明的方法控制压边力后，制件的最大减薄率为15.69％<20％，压边圈与凹模之间的距离为5.23mm<1.15×5mm＝5.75mm，回弹量为364mm·N<500mm·N，可见此时制件不存在起皱、破裂和回弹这三种缺陷，最终得到合格拉深成形件。
由此可见，本发明通过起皱、破裂、回弹处理对变压边力进行了实时优化调整，保证了拉深成形件的质量和精度，具有突出显著的技术效果。
Claims (5)
1.一种封头薄壁构件拉深变压边力优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：针对需拉深的板料，初始化压边力BHF、拉深步数序列号i＝0，设置拉深预设步数n和单位拉深深度dx的两个约束值；
步骤2：进行第i+1步拉深；
步骤3：计算板料的减薄率，对板料压边力进行破裂判断；
如果板料压边力符合破裂，则采用赋值BHF＝BHF×γ逐步减小压边力大小，γ表示压边力的减益因数，直到板料压边力不满足破裂；
步骤4：计算板料的厚度，对板料压边力进行起皱判断；
如果板料压边力符合起皱，则采用赋值BHF＝BHF×α逐步增加压边力大小，α表示压边力的增量因数，每次逐步增加后再转到步骤3进行破裂判断，直到板料压边力既不满足破裂，也不满足起皱，然后进行步骤5；
步骤5：由步骤4最后得到调整后的压边力作为赋值后压边力BHFa；
步骤6：计算板料平均弯矩，对板料进行回弹判断：
如果板料压边力符合回弹，转到步骤7；
如果板料压边力不符合回弹，则将压边力BHF赋值为步骤5得到的赋值后压边力BHFa作为新的压边力BHF，再转到步骤9；
步骤7：采用赋值BHF＝BHF×β逐步增大压边力的大小，β表示压边力的增益因数，取β＝1.01，每次逐步增加后计算板料平均弯矩对增大后的压边力进行回弹判断，直到板料压边力不满足回弹，再转到步骤8；
步骤8：再次计算板料的减薄率对板料进行破裂判断：
如果符合破裂判断，则将压边力BHF赋值为步骤5得到的赋值后压边力BHFa作为新的压边力BHF；如果不符合破裂判断，则直接获得当前压边力BHF；
步骤9：重复上述步骤2～8进行多次拉深步的压边力控制，直到拉深步数i达到预设值n，整个封头薄壁构件拉深完成。
2.根据权利要求1所述的一种封头薄壁构件拉深变压边力优化控制方法，其特征在于：所述步骤4中的起皱采用以下公式判断：
D>B×t0
其中，D表示凹模与压边圈之间的距离，t0表示薄板初始厚度，B表示安全系数；当满足上述公式时，板料起皱，否则板料不起皱。
3.根据权利要求1所述的一种封头薄壁构件拉深变压边力优化控制方法，其特征在于：所述步骤3和8中的破裂采用以下公式判断：
θmax,i>θcr
其中，θmax,i表示第i个拉深步的最大减薄率，θcr表示破裂临界减薄率值；当满足上述公式时，板料破裂，否则板料不破裂。
4.根据权利要求1所述的一种封头薄壁构件拉深变压边力优化控制方法，其特征在于：所述步骤6中的回弹采用以下公式判断：
Mave>M
其中，Mave为板料平均弯矩，M为板料弯矩，当满足上述公式时，板料回弹过大，满足回弹，否则板料不回弹。
5.根据权利要求4所述的一种封头薄壁构件拉深变压边力优化控制方法，其特征在于：所述的板料平均弯矩采用以下方式计算：
式中，Mj为第j个有限元的弯矩，m为有限元个数。
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