[发明专利]一种优化冲裁工艺参数的方法

说明书

本发明属于塑性加工领域，特别是涉及一种优化冲裁工艺参数的方法。所述方法包括以下步骤：(1)构建冲裁有限元模型对冲裁工艺进行实体建模，冲裁有限元模型以剪切修正GTN模型表征冲裁过程中材料损伤演化行为；(2)将不同冲裁工艺参数组合输入有限元模型中，输出目标优化量，得到多组冲裁工艺参数与相应的目标优化量数据，构成数据库；(3)结合所述数据库，训练人工神经网络模型获得目标优化量与冲裁工艺参数之间的函数映射关系，构建目标优化量预测模型。本发明具有预测精度高、响应速度快、可操作性强等特点，能够准确预测多个工艺参数耦合对冲裁工艺带来的影响，优化工艺参数。

技术领域

本发明属于塑性加工领域，特别是涉及一种优化冲裁工艺参数的方法。

背景技术

冲裁是一种借助于模具使板料产生断裂分离，从而获得所需形状零件尺寸的重要加工方式，属于冲压工艺。与其它塑性加工方式相比，冲压具有生产效率高、加工成本低、产品尺寸精度高和操作简单等优点，因而被广泛应用于汽车、航天航空、造船以及电子电器等工业领域。据统计，在汽车制造业中，大约有60％～70％的汽车零件是经薄板冲压成形生产出来的，其成形质量与断面质量会直接影响到汽车外观与整车装配，进而影响到汽车的制造成本以及新车型的开发周期。

从工业应用角度来看，断面质量是评价冲裁产品质量好坏的最重要指标，冲裁力则是合理选择冲压设备能力的依据。断面质量良好要求断面垂直度要高、粗糙度要低，可以用断裂带与光亮带间的比例来评价。影响冲裁加工工艺的因素有许多，包括冲裁间隙、模具刃口、冲裁速度、约束状态、润滑条件、板料厚度及性质等。不同的工艺参数组合会造成冲裁变形区应力状态的改变，从而引起冲裁力的变化，使得产品质量参差不齐。通常采用试错法优化工艺参数或控制变量的方法来研究某单个因素对断面质量及冲裁力的影响趋势，但这种方式不但费时费力，而且分析并不全面，偶然性较大，不能满足实际冲裁生产的要求。

近年来，随着计算机仿真技术与有限元塑性成形理论的日臻完善，越来越多的学者开始借助于冲裁数值模拟技术来研究各工艺参数对冲裁断面质量与冲裁力的影响。但还仅仅局限在特定情况下研究某个特定工艺参数对冲裁断面质量与冲裁力的影响，很少涉及到多个工艺参数间的耦合作用，制约了实际冲裁生产。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种优化冲裁工艺参数的方法。本发明能够准确预测多个工艺参数耦合作用对冲裁工艺带来的影响，进而优化工艺参数，减少实际生产中的试模次数，降低生产成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种优化冲裁工艺参数的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)构建冲裁有限元模型：构建冲裁有限元模型对冲裁工艺进行实体建模，所述冲裁有限元模型中以剪切修正GTN模型表征冲裁过程中材料损伤演化行为；

(2)建立数据库：将不同冲裁工艺参数组合输入冲裁有限元模型中，输出目标优化量，得到多组冲裁工艺参数与相应的目标优化量数据，构成数据库；

(3)构建目标优化量预测模型：结合所述数据库，自学习训练人工神经网络模型，获得目标优化量与冲裁工艺参数之间的函数映射关系，根据映射关系构建目标优化量预测模型；

所述目标优化量为冲裁力或冲裁质量中的一种或两种以上。

进一步地，所述冲裁工艺参数包括但不限于冲裁间隙、模具刃口、冲裁速度、约束状态、润滑条件、板料厚度。

进一步地，所述冲裁质量包括四个特征区的特征参数；所述四个特征区为塌角、光亮带、断裂带与毛刺；所述特征参数包括尺寸和角度。

进一步地，所述冲裁有限元模型所使用的材料模型为剪切修正GTN模型，使用FORTRAN语言编写ABAQUS用户子程序数值代码，并通过vumat接口嵌入的。它以孔洞体积分数作为损伤变量来预测变形过程中裂纹萌发及扩展情况；