CN105665631A - 一种基于搜索算法的砂型数字化柔性挤压近净成形优化方法 - Google Patents

一种基于搜索算法的砂型数字化柔性挤压近净成形优化方法 Download PDF

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Abstract

一种基于搜索算法的砂型数字化柔性挤压近净成形优化方法目的在于实现砂型数字化柔性挤压近净成形。本发明按以下步骤实现：(1)划分柔性挤压单元次区域；(2)获得近净成形模型型腔曲面函数；(3)构造柔性挤压阵列包络体积优化目标函数V(x,y)；(4)确定优化区间R；(5)将砂型CAD三维模型平移至搜索初始位置；(6)确定搜索方向；(7)确定x、y方向的搜索步长；(8)搜索包络体积最大值V(x,y)max，所在位置为(x,y)max；(9)搜索完毕，将砂型CAD三维模型平移至(x,y)max处，进入柔性挤压阵列调形工序。本发明具有初始化参数少，参数设置简单和全局搜索能力强的优点，能够在误差范围内使近净成形砂型型腔最大程度逼近砂型型腔。

Description

一种基于搜索算法的砂型数字化柔性挤压近净成形优化方法
技术领域
本发明属于无模铸造领域，具体涉及一种基于搜索算法的砂型数字化柔性挤压近净成形优化方法。
背景技术
由于环境问题日益严重和人们环保意识的日渐增强，在全球范围内掀起了一股绿色制造的浪潮，促进了绿色制造技术的发展。绿色制造作为一种低熵生产制造模式，从产品的设计、制造、使用到报废整个生命周期中始终满足环境污染最小化的要求；对生态环境无害或危害极少，达到环境保护的目的；而且具有原材料利用率高，能源消耗低的优点。
数字化无模铸造精密成形技术在砂型成形中的应用极大地提升了铸造领域铸型制造的绿色化水平，省去木模或金属模制造过程，节省了大量原材料。但数字化无模铸造精密成形技术在砂块切削过程中型砂去除量大的问题在一定程度上降低了砂型批量化的生产效率，严重制约着该技术在砂型中大批量生产中的推广。为解决上述问题先进成形技术与装备国家重点实验室创新性地提出了砂型数字化柔性挤压成形技术，实现砂型近净成形，缩短砂型生产时间，提高生产效率，节约型砂材料和能源。
本发明为砂型数字化柔性挤压成形技术提供一种基于搜索算法的近净成形优化方法。
发明内容
本发明提供一种基于搜索算法的砂型数字化柔性挤压近净成形优化方法，目的在于实现砂型数字化柔性挤压近净成形，有效减少型砂浪费，提高砂型成形效率和质量。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
砂型数字化柔性挤压阵列为长宽高分别为a、b和h的挤压单元组成的m×n阵列，近净成形砂型在砂型数字化柔性挤压阵列上的成形空间为am×bn×h；根据砂型柔性挤压阵列的排布情况，将砂型CAD三维模型近净成形区域划分为m×n个大小为a×b的次区域；。
在砂型CAD三维模型驱动下，直接获得近净成形砂型CAD三维模型型腔曲面函数其中，i,j∈Z；且1≤i≤m,1≤j≤n；
由于近净成形砂型型腔逼近砂型型腔的程度和占据近净成形砂型型腔挤压单元包络面包围体积的大小成正比，所以进行砂型数字化柔性挤压近净成形优化等价于求解近净成形砂型型腔内柔性挤压阵列包络体积的最大值；故，建立目标函数
为使近净成形砂型型腔逼近砂型型腔，可在砂型数字化柔性挤压阵列平面可行域内进行对V(x,y)搜索计算；由于砂型数字化柔性挤压阵列是由m×n个相同的a×b×h；所以，有效优化区间可缩小为砂型数字化柔性挤压阵列平台上区域。
为运行搜索算法过程中，搜索可行域方便，将砂型型腔位置由柔性挤压阵列平台中心A1，即(am/2,bn/2)处，平移至搜索初始位置A1,1即(am/2-a/2,bn/2-b/2)处。
确定搜索方向为x递增方向和y递增方向。
根据x和y方向误差要求，分别确定x、y方向的搜索步长参数Δx和Δy；
在有效优化区间R内进行搜索：将搜索过程中计算获得的柔性挤压阵列包络体积值V(x，y)p，q进行比较，并将较大值保存为V(x,y)max，所在位置保存为(x,y)max，并记录对应fi，j(x，y)min的值。
搜索完毕后，将砂型型腔位置平移至(x,y)max处，根据上一步骤记录的fi，j(x，y)min的值来升降各挤压单元高度。
附图说明
图1为本发明涉及的砂型数字化柔性挤压成形平台示意图。
图2为本发明涉及的近净成形砂型型腔平移至搜索初始位置示意图。
其中，1：挤压单元阵列；2：砂型；3：砂型型腔。
图3为本发明涉及的近净成形砂型在优化位置处，柔性挤压单元填装砂型型腔示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合由大小为80mm×80mm×250mm柔性挤压单元组成的10×8阵列的砂型数字化柔性挤压成形样机实施例来详细说明本发明。
如图1，2和3所示，本发明涉及一种基于搜索算法的砂型数字化柔性挤压近净成形优化方法。
如图1所示，砂型数字化柔性挤压阵列1为长宽高分别为80mm、80mm和250mm的挤压单元组成的10×8阵列，图2所示砂型2在砂型数字化柔性挤压阵列1上的成形空间为80mm×80mm×250mm，为离散化研究问题需要，将砂型数字化柔性挤压阵列平面划分为10×8个80mm×80mm的次区域。
建立近净成形砂型型腔3曲面的函数其中，i,j∈Z；且1≤i≤10,1≤j≤8。
由于近净成形砂型型腔逼近砂型型腔3的程度和占据近净成形砂型型腔挤压单元包络面包围体积的大小成正比，所以进行砂型数字化柔性挤压近净成形优化等价于求解近净成形砂型型腔3内柔性挤压阵列包络体积的最大值；故，建立目标函数
理论上，为使近净成形砂型型腔逼近砂型型腔3，可在砂型数字化柔性挤压阵列平面可行域内进行对V(x,y)搜索计算；由于砂型数字化柔性挤压阵列1是由10×8个相同的80mm×80mm×250mm单元组成；故，有效优化区间可缩小为砂型数字化柔性挤压阵列平面上区域。
为运行搜索算法过程中，搜索可行域方便，将砂型型腔3位置由柔性挤压阵列平台中心A1，即(400mm,320mm)处，平移至搜索初始位置A1,1即，(360mm,280mm)处。
确定搜索方向为x递增方向和y递增方向。
根据x和y方向误差要求，分别确定x、y方向的搜索步长参数Δx和Δy，即沿x和y方向的搜索误差为Δx和Δy。
在有效优化区间R内进行搜索：将搜索过程中计算获得的柔性挤压阵列1包络体积值V(x，y)p，q进行比较，并将较大值保存为V(x,y)max，所在位置保存为(x,y)max，并记录对应fi，j(x，y)min的值。
搜索完毕后，将砂型型腔3位置平移至(x,y)max处，根据上一步骤记录的fi，j(x，y)min的值来升降对应挤压单元高度。

Claims (2)

1.一种基于搜索算法的砂型数字化柔性挤压近净成形优化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）根据砂型数字化柔性挤压工作平台上m×n个大小为a×b的柔性挤压阵列排布情况，将砂型CAD三维模型近净成形区域划分为m×n个大小为a×b的次区域；
（2）在砂型CAD三维模型驱动下，直接获得近净成形砂型CAD三维模型型腔曲面函数，
其中，；
（3）构造近净成形砂型CAD三维模型型腔内柔性挤压阵列包络体积优化函数；
（4）确定近净成形砂型CAD三维模型型腔位置有效优化区间；
（5）将砂型CAD三维模型型腔位置平移至搜索初始位置A1,1即，()处；
（6）确定搜索方向为x递增方向和y递增方向；
（7）根据x和y方向误差要求，分别确定x、y方向的搜索步长参数Δx和Δy；
（8）在有效优化区间R内进行搜索，将搜索过程中计算获得的柔性挤压阵列包络体积值进行比较，并将较大值保存为V(x,y)max，所在位置保存为(x,y)max，并记录对应的值；
（9）搜索完毕，将砂型CAD三维模型型腔位置平移至(x,y)max处，进入柔性挤压阵列调形工序。
2.根据权利要求1所述的一种基于搜索算法的砂型数字化柔性挤压近净成形优化方法，其特征在于：所述步骤（1）中，砂型数字化柔性挤压阵列为长宽高分别为a、b和h的挤压单元组成的m×n阵列，近净成形砂型在砂型数字化柔性挤压阵列上的成形空间为am×bn×h；根据柔性挤压阵列排布情况，将砂型CAD三维模型近净成形区域划分为m×n个大小为a×b的次区域。
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