CN109772949A - 大直径管件的自适应多工步级进压制成形参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径管件的自适应多工步级进压制成形参数优化方法。板料由凸凹模的一侧给料至凹模上，板料以步进距离步进给料至凹模，凸模对板料进行多工步压制得到成形的弧形板料，根据回弹控制判断方法对成形的板料曲率半径进行判断，控制多工步级进压制成形半径精确成形；根据减薄控制判断方法对弧形板料的减薄量进行判断，控制多工步级进压制成形最大减薄量；根据厚度偏差控制判断方法对弧形板料的厚度标准差进行判断，控制多工步级进压制成形厚度均一性，最后得到优化后的多工步级进压制成形参数，使多工步级进压制成形件快速高质成形。本发明的多工步级进压制成形快速高质，成形效率高。

Description

大直径管件的自适应多工步级进压制成形参数优化方法

技术领域

本发明属于薄板多工步级进压制成形领域，具体涉及了一种大直径管件的自适应多工步级进压制成形参数优化方法。

背景技术

在TC4钛合金薄板多工步级进压制成形过程中，回弹、破裂和厚度不均是其主要失效形式。回弹后成形精度降低会严重影响零件的形状精度，会严重影响生产质量和生产效率；破裂会导致多工步级进压制成形废品率提高，造成资源、能源浪费；厚度不均会导致大尺寸、大管径特种圆管产生局部破裂，严重影响了成形件的性能。合理控制回弹量、减薄率和厚度标准差保证成形件能正常工作，采用自适应的多工步级进压制成形参数优化方法能很好地减少甚至消除这些失效形式的出现，提高成形效率。

发明内容

为了解决传统多工步级进压制成形工艺难度大，成形质量不高的问题，本发明提供一种大直径管件的自适应多工步级进压制成形参数优化方法。在成形参数优化过程中自适应调整多工步级进压制成形参数，通过回弹控制准则控制多工步级进压制成形半径精确成形，通过减薄控制准则控制多工步级进压制成形最大减薄量，通过厚度偏差控制准则控制多工步级进压制成形厚度均匀，得到优化后的多工步级进压制成形参数，使多工步级进压制成形快速高质成形。

本发明的技术方案如下：

步骤1：根据目标大直径管件初始化压制环境：设置压制回数号i＝0、目标压制曲率半径ρ_t、凸凹模的初始压制半径ρ₀、凸凹模的初始压制距离L₀、板料所需压制的最大长度L_max、压制左极限距离L_left＝ρ_l和压制右极限距离L_right＝ρ_r，0<ρ_l<ρ_r<ρ_t；

步骤2：取压制距离中间值L_mid＝(L_left+L_right)/2，再将压制距离中间值L_mid作为板料的压制距离L，即L＝L_mid，代入T＝kL(0<k<1)中得到步进距离T，其中，k表示步进系数，板料由凸凹模的一侧给料至凸凹模的凹模上，由位于板料正上方的压边圈对板料进行固定，凸模对板料开始进行压制；

步骤3：凸凹模对板料进行第i回多工步压制：板料以步进距离T步进给料到凹模上，凸模对每次步进给料后的板料进行一个工步的压制，一个工步的压制是指凸模每次下压对板料产生的压制。凸模下压使板料朝向凹模内弯曲变形，凸模对L_max的板料进行多工步压制后得到成形的弧形板料，弧形板料经凸凹模压制后发生回弹，回弹后的板料曲率半径为ρ_p；

步骤4：根据回弹控制判断方法对板料曲率半径ρ_p进行判断：计算板料在第i回压制后的平均曲率半径误差Δζ_ave，

若平均曲率半径误差Δζ_ave不满足回弹控制判断方法，进入步骤5；

若平均曲率半径误差Δζ_ave满足回弹控制判断方法，进入步骤6；

所述回弹控制判断方法具体为：平均曲率半径误差Δζ_ave>临界曲率半径误差Δζ，临界曲率半径误差Δζ＝0.03×目标压制曲率半径ρ_t；

步骤5：若平均曲率半径误差Δζ_ave不满足回弹控制判断方法，调整凸凹模的压制半径ρ_i+1并返回步骤3，用压制半径为ρ_i+1的凸凹模对新的板料按照步骤3的方式重新进行第i+1回多工步压制；

步骤6：根据减薄控制判断方法对弧形板料的减薄量进行判断：计算板料在第i回压制成形后的弧形板料各处的最大减薄量，若弧形板料各处的最大减薄量满足减薄控制判断方法，则进入步骤7；

若弧形板料各处的最大减薄量不满足减薄控制判断方法，即板料减薄过大，将当前压制距离中间值L_mid作为新的压制右极限距离L_right，即则令L_right＝L_mid，并返回步骤2求取新的压制距离中间值L_mid，从而得到新的步进距离T，然后按照步骤3的方式以新的步进距离T对新的板料进行第i+1回多工步压制；

所述的减薄控制判断方法具体为：最大减薄量θ_max>临界减薄量θ，所述临界减薄量θ＝0.05×板料厚度d；

步骤7：根据厚度偏差控制判断方法对弧形板料的厚度标准差进行判断，计算板料在第i回压制成形后的厚度标准差，

若板料的厚度标准差满足厚度偏差控制判断方法，则进入步骤8；

若板料的厚度标准差不满足厚度偏差控制判断方法，即板料厚度不均，将当前压制距离中间值L_mid作为新的压制右极限距离L_right，即则令L_right＝L_mid，并返回步骤2求取新的压制距离中间值L_mid，从而得到新的步进距离T，然后按照步骤3的方式以新的步进距离T对新的板料进行第i+1回多工步压制；

所述厚度偏差控制判断方法具体为：平均厚度偏差标准值(H_ave)>临界厚度偏差标准值(H)，所述临界厚度偏差标准值(H)＝0.012×板料的压制距离L；

步骤8：计算压制距离分别为L_left和L_right所对应的压制次数n_l和n_r，具体计算公式如下：

式中，mod[ ]表示向上取整，L表示压制距离，n表示压制距离为L时所对应的压制次数，即选为压制距离分别为L_left和L_right所对应的压制次数n_l和n_r，θ表示半径为ρ_t的弧形板料所对应的圆弧角度；

若n_l＝n_r，则进入步骤9；否则将当前压制距离中间值L_mid作为新的压制左极限距离L_left，即令L_left＝L_mid，并返回步骤2求取新的压制距离中间值L_mid，从而得到新的步进距离T，然后按照步骤3的方式以新的步进距离T对新的板料进行第i+1回多工步压制；

步骤9：在满足步骤8的条件下，L_left和L_right已经均满足以上三种控制判断方法，均可以作为参数优化的值，L_left相比L_right来说，压制次数相同而成形效果更优，因此且记录压制距离等于压制左极限距离时L＝L_left所对应的凸凹模的压制半径和压制距离L，即得到多工步级进压制的优化成形参数。

优选的，步骤3中，凸凹模对板料进行第一回多工步压制时的压制半径为初始压制半径ρ₀，凸凹模对板料进行第i+1回多工步压制时的压制半径为ρ_i+1。

优选的，步骤5具体为：

若板料曲率半径ρ_p大于目标压制曲率半径ρ_t，减小凸凹模的压制半径以，具体为：

式中κ表示凸凹模压制半径的减益因数，取κ＝0.99，ρ_i表示凸凹模第i回压制时的压制半径，ρ_i+1表示凸凹模第i+1回压制时的压制半径；

若板料曲率半径ρ_p小于目标压制曲率半径ρ_t，增大凸凹模的压制半径，具体为：

式中τ表示凸凹模压制半径的增益因数，取τ＝1.01；ρ_i表示凸凹模第i回压制时r的压制半径，ρ_i+1表示凸凹模第i+1回压制时的压制半径。

优选的，压制环境包括凸凹模装置和待压制的板料，凸凹模装置包括相互配合工作的凸模和凹模，凸模位于凹模的凹形槽的正上方，凸模的一侧与压边圈固定连接，待压制的板料放置在凹模的凹形槽上，凸模位于待压制的板料的正上方以等待对板料进行压制，由此完成压制环境的初始化。

优选的，板料具体为TC4钛合金薄板。

本发明的有益效果是：

本发明解决传统多工步级进压制成形工艺难度大，成形质量不高的问题，提出新的多工步级进压制成形参数自适应优化方法：在成形参数优化过程中自适应调整多工步级进压制成形参数，通过回弹控制准则控制多工步级进压制成形半径精确成形，通过减薄控制准则控制多工步级进压制成形最大减薄量，通过厚度偏差控制准则控制多工步级进压制成形厚度均匀，得到优化后的多工步级进压制成形参数，使多工步级进压制成形快速高质成形。

附图说明

图1为本发明的工作过程示意图。

图中，凸模1、凹模2、压边圈3、板料4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的凸凹模装置包括相互配合工作的凸模1和凹模2，凸模1位于凹模2的凹形槽的正上方，凸模1的一侧与压边圈3固定连接，压边圈3用于对板料的一端进行压边紧固，如图1(a)所示，板料4给料到凹模2的凹形槽上，图1(a)中的AC两点间的距离为压制距离L，板料4上的B点到A点对应正下方的板料4之间的距离表示步进距离T，板料4以步进距离T由凸凹模的右侧进给，方向沿图1(a)的AC方向，如图1(b)所示，压边圈3下压对板料进行固定便于凸模1的下压压制，如图1(c)所示，凸模1下压对处在凹模2的凹形槽上的AC段板料4压制为弧形，被压制的AC段板料4的曲率半径由凸凹模的曲率半径所决定，如图1(d)所示，凸模1上抬，弧形板料成形，板料4再以步进距离T由凸凹模的右侧继续进给，重复此工作过程直至将L_max的板料4全部压制成形。

按照本发明方法实施的具体实施例如下：

以目标半径为1295mm大型钛合金特种圆管多工步级进压制成形参数优化为具体实施例，初始压制距离为820mm，模具半径为700mm，得到成形半径为667.782mm，不满足回弹控制准则；经过三次调整得模具半径为680mm，得到成形半径为647.100mm，满足回弹控制准则，最大减薄量为3.08mm>2.1mm，不满足减薄控制准则；减小压制距离为590mm，模具半径为540mm，得到成形半径为672.468mm，不满足回弹控制准则；经过三次调整得模具半径为525mm，得到成形半径为649.627mm，满足回弹控制准则，最大减薄量为0.40mm<2.10mm,满足减薄控制准则，标准差为20.356<25,满足厚度偏差控制准则，左极限压制次数为11次，右极限压制次数为4次，左右极限压制次数不相等；增大压制距离为720mm，模具半径为660mm，得到成形半径为683.018mm，不满足回弹控制准则；经过两次调整得模具半径为643mm，得到成形半径为649.353mm，满足回弹控制准则，最大减薄量为2.18mm>2.10mm,不满足减薄控制准则；减小压制距离为660mm，模具半径为600mm，得到成形半径为685.230mm，不满足回弹控制准则；经过三次调整得模具半径为580mm，得到成形半径为647.044mm，满足回弹控制准则，最大减薄量为1.24mm<2.10mm,满足减薄控制准则,标准差为24.171<25,满足厚度偏差控制准则，左极限压制次数为6次，右极限压制次数为6次，左右极限压制次数相等,得到优化后的多工步级进压制成形工艺参数。

本发明通过回弹控制准则、减薄控制准则、厚度偏差控制准则控制多工步级进压制成形板料成形质量：通过回弹控制准则控制多工步级进压制成形半径精确成形，通过减薄控制准则控制多工步级进压制成形最大减薄量，通过厚度偏差控制准则控制多工步级进压制成形厚度均匀，得到优化后的多工步级进压制成形参数，使多工步级进压制成形件快速高质成形。

Claims (5)

1.一种大直径管件的自适应多工步级进压制成形参数优化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：根据目标大直径管件初始化压制环境：设置压制回数号i＝0、目标压制曲率半径ρ_t、凸凹模的初始压制半径ρ₀、凸凹模的初始压制距离L₀、板料所需压制的最大长度L_max、压制左极限距离L_left＝ρ_l和压制右极限距离L_right＝ρ_r，0<ρ_l<ρ_r<ρ_t；

步骤2：取压制距离中间值L_mid＝(L_left+L_right)/2，再将压制距离中间值L_mid作为板料的压制距离L，代入T＝kL(0<k<1)中得到步进距离T，其中，k表示步进系数，板料(4)由凸凹模的一侧给料至凸凹模的凹模(2)上，由位于板料正上方的，凸模(1)对板料(4)进行压制；

步骤3：凸凹模对板料进行第i回多工步压制：板料以步进距离T步进给料到凹模(2)上，凸模(1)对每次步进给料后的板料进行一个工步的压制，凸模(1)下压使板料朝向凹模内弯曲变形，凸模(1)对L_max的板料进行多工步压制后得到成形的弧形板料，弧形板料经凸凹模压制后发生回弹，回弹后的板料曲率半径为ρ_p；

步骤4：根据回弹控制判断方法对板料曲率半径ρ_p进行判断：计算板料在第i回压制后的平均曲率半径误差(Δζ_ave)，

若平均曲率半径误差(Δζ_ave)不满足回弹控制判断方法，进入步骤5；

若平均曲率半径误差(Δζ_ave)满足回弹控制判断方法，进入步骤6；

所述回弹控制判断方法具体为：平均曲率半径误差Δζ_ave>临界曲率半径误差Δζ，临界曲率半径误差Δζ＝0.03×目标压制曲率半径ρ_t；

步骤5：调整凸凹模的压制半径ρ_i+1并返回步骤3，用压制半径为ρ_i+1的凸凹模对新的板料按照步骤3的方式重新进行第i+1回多工步压制；

步骤6：根据减薄控制判断方法对弧形板料的减薄量进行判断：计算板料在第i回压制成形后的弧形板料各处的最大减薄量，若弧形板料各处的最大减薄量满足减薄控制判断方法，则进入步骤7；

若弧形板料各处的最大减薄量不满足减薄控制判断方法，将当前压制距离中间值L_mid作为新的压制右极限距离L_right，并返回步骤2求取新的压制距离中间值L_mid，从而得到新的步进距离T，然后按照步骤3的方式以新的步进距离T对新的板料进行第i+1回多工步压制；

所述的减薄控制判断方法具体为：最大减薄量(θ_max)>临界减薄量(θ)，所述临界减薄量(θ)＝0.05×板料厚度(d)；

步骤7：根据厚度偏差控制判断方法对弧形板料的厚度标准差进行判断，计算板料在第i回压制成形后的厚度标准差，

若板料的厚度标准差满足厚度偏差控制判断方法，则进入步骤8；

若板料的厚度标准差不满足厚度偏差控制判断方法，将当前压制距离中间值L_mid作为新的压制右极限距离L_right，并返回步骤2求取新的压制距离中间值L_mid，从而得到新的步进距离T，然后按照步骤3的方式以新的步进距离T对新的板料进行第i+1回多工步压制；

所述厚度偏差控制判断方法具体为：平均厚度偏差标准值(H_ave)>临界厚度偏差标准值(H)，所述临界厚度偏差标准值(H)＝0.012×板料的压制距离L；

步骤8：计算压制距离分别为L_left和L_right所对应的压制次数n_l和n_r，具体计算公式如下：

式中，mod[]表示向上取整，L表示压制距离，n表示压制距离为L时所对应的压制次数，即选为压制距离分别为L_left和L_right所对应的压制次数n_l和n_r，θ表示半径为ρ_t的弧形板料所对应的圆弧角度；

若n_l＝n_r，则进入步骤9；否则将当前压制距离中间值L_mid作为新的压制左极限距离L_left，并返回步骤2求取新的压制距离中间值L_mid，从而得到新的步进距离T，然后按照步骤3的方式以新的步进距离T对新的板料进行第i+1回多工步压制；

步骤9：且记录压制距离等于压制左极限距离时所对应的凸凹模的压制半径和压制距离L，即得到多工步级进压制的优化成形参数。

2.根据权利要求1所述的一种大直径管件的自适应多工步级进压制成形参数优化方法，其特征在于：所述步骤3中，凸凹模对板料进行第一回多工步压制时的压制半径为初始压制半径ρ₀，凸凹模对板料进行第i+1回多工步压制时的压制半径为ρ_i+1。

3.根据权利要求1所述的一种大直径管件的自适应多工步级进压制成形参数优化方法，其特征在于：所述的步骤5具体为：

若板料曲率半径ρ_p大于目标压制曲率半径ρ_t，减小凸凹模的压制半径以，具体为：

式中κ表示凸凹模压制半径的减益因数，取κ＝0.99，ρ_i表示凸凹模第i回压制时的压制半径，ρ_i+1表示凸凹模第i+1回压制时的压制半径；

若板料曲率半径ρ_p小于目标压制曲率半径ρ_t，增大凸凹模的压制半径，具体为：

式中τ表示凸凹模压制半径的增益因数，取τ＝1.01；ρ_i表示凸凹模第i回压制时r的压制半径，ρ_i+1表示凸凹模第i+1回压制时的压制半径。

4.根据权利要求1所述的一种大直径管件的自适应多工步级进压制成形参数优化方法，其特征在于：所述的压制环境包括凸凹模装置和待压制的板料(4)，凸凹模装置包括相互配合工作的凸模(1)和凹模(2)，凸模(1)位于凹模(2)的凹形槽的正上方，凸模(1)的一侧与压边圈(3)固定连接，待压制的板料(4)放置在凹模(2)的凹形槽上，凸模(1)位于待压制的板料(4)的正上方以等待对板料(4)进行压制，由此完成压制环境的初始化。

5.根据权利要求1所述的一种大直径管件的自适应多工步级进压制成形参数优化方法，其特征在于：所述的板料具体为TC4钛合金薄板。