第 36 卷 第 5 期 电 子 科 技 大 学 学 报 Vol.36 No.5
2007 年 10 月 Journal of University of Electronic Science and Technology of China Oct. 2007
金属板材拉深智能化控制系统
杨 嵩,赵 军,马 瑞,苏春建
(秦皇岛燕山大学机械工程学院 河北 秦皇岛 066004)
【摘要】运用能量法,建立了板材拉深过程完整的力学模型。针对板材拉深成形中起皱和破裂的具体情况,定量分析了
板材起皱和破裂的失稳判据。确定板材成形的压边力三极限,并推导出板材成形的优化压边力控制规律。运用神经网络实现
了板材材料性能参数的实时识别和压边力优化曲线的实时预测。利用LabVIEW软件编译了智能控制系统程序,采用基于虚拟
仪器技术和产品,建立板材智能化拉深控制系统,实现板材成形的智能化。
关 键 词 拉深; 智能化; 神经网络; 金属板材成形
中图分类号 TG386
文献标识码 A
Intelligent Control Technology for the Deep Drawing of Sheet Metal
YANG Song,ZHAO Jun,MA Rui,SU Chun-jian
(College of Mechanical Engineering, Yanshan University Qinhuangdao Hebei 066004)
Abstract From the energy method, the mechanical model of the metal sheet deep drawing is built. The
analytical rules for the wrinkling and rupture in deep drawing are derived. The three deformation limits of binder
hold force are determined and a control rule of binder hold force is derived. Two neural network models are
introduced to realize real-time identification of sheet metal parameters and real-time prediction of optimum binder
hold force. Finally, an intelligent control program is established for intelligent press forming of deep drawing of
metal sheets.
Key words deep drawing; intellectualization; neural network; sheet metal forming
收稿日期:2007 − 01 − 23
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375136;59875074)
作者简介:杨 嵩(1979 − ),男,博士,主要从事冲压工艺及智能化方面的研究.
板材成形是金属塑性加工领域的一大分支,在
汽车、航空、仪表等工业领域占有重要的地位,其
技术水平在某种程度上反映一个国家或地区的工业
现代化水平。板材成形智能化的突出特点是,根据
被加工对象的特征,利用易于监测的物理量,实时
识别材料的性能参数,预测最优的工艺参数,并自
动以最优的工艺参数完成板材成形。冲压智能化系
统主要由实时监测、实时识别、实时预测和实时控
制四个基本要素构成。
1 轴对称曲面零件和非轴对称零件拉
深过程的力学模型
平底锥形件是轴对称拉深件中最典型的结构,
平底锥形件变形前后的几何关系如图1所示。图中将
变形过程中的工件分成
0
、 、
A
R
ξ
≤≤
AB
RR
ξ
≤≤
C
RR
ξ
≤≤
、 、 (
CD
RR
ξ
≤≤
D
RR
ξ
≤≤
为变
形过程中质点x的瞬时径向坐标)五个区域,并将接
触面的摩擦进行简化,再引入直母线假设、面积不
变假设和似直梁弯曲假设,根据基本能量方程推导
出拉深力-拉深行程曲线的解析表达式为
[1]
:
1
()
[ () 2 () ()]
1()
C
PQFwI
K
J
ααα
μα
=+
−
+ (1)
式中各符号意义参见文献[1]。
压边圈
α
O
α
d
2
A
x
E
B
ξ
O
C
D
ξ
=
ρ
+u
R
0
=D
0
/2
R
d
1
r
1
h
t
0
凹模
凸模
x
w
r
2
R
A
图1 锥形件拉深前后的几何关系
盒形件是非轴对称件的典型结构,从力的平衡
方程得到盒形件拉深力-拉深行程曲线的解析式