液壓折彎?rùn)C(jī)設(shè)計(jì),液壓折彎?rùn)C(jī)設(shè)計(jì),液壓,折彎,設(shè)計(jì) 中國(guó)的先進(jìn)制造系統(tǒng) 卷。 7，第1號(hào)（2008）15-20 @世界科學(xué)出版公司 基于薄壁管數(shù)控折彎成形參數(shù)優(yōu)化的研究 徐杰，楊賀，張梅，李衡 材料成型及控制工程類 西北工業(yè)大學(xué)，郵箱542號(hào) 西安710072、陜西、p . r .中國(guó) jennyxjl2931@126.com yanghe@nwpu.edu.cn 薄壁管數(shù)控彎曲成形參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)多目標(biāo)，多變量，多約束的復(fù)雜問(wèn)題。是一個(gè)通過(guò)逐步提出優(yōu)化策略來(lái)解決的問(wèn)題。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)和專業(yè)知識(shí)，確定初始值然后形成參數(shù)，然后采取不同的方法優(yōu)化，逐步減少其參數(shù)最優(yōu)范圍。通過(guò)彎曲厚度為1mm，外徑38毫米和彎曲半徑為57毫米的的不銹鋼和鋁合金管，利用其在Abaqus / Explicit中有限元模型的建立來(lái)演示這一優(yōu)化過(guò)程。起皺程度,允許截面的失真度和其他工程要求約束條件,以及最小壁變薄率定義為優(yōu)化目標(biāo)。穿心球之間的間隙以及其最佳值是分別一步一步得到，然后用提高管延伸長(zhǎng)度和壓鑄速度的復(fù)雜優(yōu)化方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果。 關(guān)鍵詞：薄壁管數(shù)控彎曲；成形參數(shù)優(yōu)化；有限元 1．簡(jiǎn)介 薄壁管高精度數(shù)控折彎過(guò)程是一個(gè)耦合交互式多因子影響的復(fù)雜過(guò)程。如果成形參數(shù)是不適當(dāng)?shù)?，將?huì)很容易出現(xiàn)過(guò)度壁變薄甚至開(kāi)裂，起皺，彈回所造成的彎折處平坦，不準(zhǔn)確的彎曲角度。因此，成形參數(shù)的優(yōu)化已成為一個(gè)重要受亟待解決的問(wèn)題。在這項(xiàng)研究中，在以往研究的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和專家知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)一個(gè)分析和描述的循序漸進(jìn)的方法，提出和成形參數(shù)優(yōu)化相結(jié)合、有限元分析與工程優(yōu)化方法和虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法。 2．分析和描述 薄壁管數(shù)控彎曲過(guò)程中，在工程應(yīng)用中優(yōu)化問(wèn)題是如何選擇合理的成形參數(shù)，以滿足彎曲半徑要要求，并確保在給定尺寸的管和材料的成形質(zhì)量。因此，最小壁厚減薄率確定為優(yōu)化目標(biāo)，同時(shí)自由起皺，允許截面失真的程度作為約束條件，而不考慮回彈。 變薄比值（T）表示式。（2.1），截面的失真度（Φ）表示式。 （2.2）。 (2.1) A (2.2) 其中D｀是垂直軸的外層彎曲后長(zhǎng)度，D0為原外管直徑，t0是原管壁厚，tmin為彎曲后最小壁厚管。工藝參數(shù)的獨(dú)立變量，可以直接控制，并有顯著影響的變量，作為設(shè)計(jì)變項(xiàng)的約束條件，其中來(lái)自成形質(zhì)量的要求，形成條件和幾何約束，用大量的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定其變量的初始值。 3．逐步優(yōu)化策略及其實(shí)現(xiàn) 通過(guò)上述分析，方案的形成、逐步優(yōu)化參數(shù)的選取，實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)步驟如下所述，流程如圖1 輸入D0，T0，R（彎曲半徑），查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的成形極限，判定是否彎曲半徑小于不起皺的最小彎曲半徑。如果是的話，下一步，如果沒(méi)有，輸出不穩(wěn)定的信息并改變彎曲半徑。 查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中找到相應(yīng)的成形參數(shù)。如果它不存在,分析專家知識(shí)獲取初始成形參數(shù),建立有限元模型,然后確定最適條件下的摩擦系數(shù)和凸凹模間隙的工具和管的起皺標(biāo)準(zhǔn)。改變球的數(shù)量(n)和芯模間隙球(p｀)在允許的范圍內(nèi),通過(guò)有限元分析和優(yōu)化計(jì)算的最小壁變薄率失真度在允許的截面。做虛擬的均勻分布的實(shí)驗(yàn)。均勻分布的設(shè)計(jì)是一個(gè)只考慮均勻試驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。 圖1 逐步優(yōu)化的流程圖 根據(jù)研究結(jié)果的關(guān)系、模壁變薄率與延伸長(zhǎng)度(e)和提升速度的壓力會(huì)消失(Vp)是由二次多項(xiàng)式回歸:y = a0 + a1x1 + a2x2 + a3x + a4x得到的。然后他們是利用復(fù)合形法,這是一個(gè)直接搜索法,以解決多維非線性問(wèn)題沒(méi)有計(jì)算約束梯度的目標(biāo)。 我們用所建立的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在參考文獻(xiàn)4總結(jié)成形參數(shù)的合理性和確定的參數(shù)范圍。在整個(gè)優(yōu)化過(guò)程,建立了在參考文獻(xiàn)5中ABAQUS/ Explicit的有限元模型來(lái)計(jì)算。優(yōu)化算法和有限元分析軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)傳遞的信息在Visual C + +。 4．結(jié)果與討論 優(yōu)化方案應(yīng)用彎曲管Φ38×1不銹鋼、57mm彎曲半徑的鋁合金驗(yàn)證。 該方法是可行的。對(duì)不銹鋼管,結(jié)果在不同間隙條件和芯棒得到球范圍都顯示在圖表2和3中。虛擬均勻分布實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。最佳值芯棒延伸長(zhǎng)度和壓鑄速度提高分別7.62毫米和51.07毫米/秒。墻上變薄率已經(jīng)優(yōu)化后提高了。外形塊等效塑性應(yīng)變和應(yīng)力都顯示在無(wú)花果壁厚減薄率已經(jīng)提高優(yōu)化后的4％。等效塑性應(yīng)變和應(yīng)力的等高線圖如圖4和5所示。塑性變形均勻一致。 圖2 在不同芯壁變薄率和不同間隙球芯球  圖3 根據(jù)不同芯棒球的最大截面失真度和不同穿心球之間的間隙 圖4。等效塑性應(yīng)變分布：（左）E =8.00毫米，VP=45.60毫米/秒;（右） E =7.62毫米，VP =51.07毫米/秒。 圖5。應(yīng)力分布（左）：E =8.00毫米，VP =45.60毫米/秒;（右）E =7.62毫米，VP=51.07毫米/秒。 優(yōu)化。同樣,薄壁鋁合金管、最優(yōu)值顯示了e是6.00至52.12毫米/秒)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了可編程序控制器(PLC)控制W27YPC - 63數(shù)控液壓彎管機(jī)。采用最優(yōu)值,合格的產(chǎn)品,得到結(jié)果的不銹鋼管與鋁合金作了比較，都沒(méi)有缺點(diǎn),滿足質(zhì)量要求,如表 2所示。 5．結(jié)論 逐步優(yōu)化策略，提出了解決薄壁管數(shù)控彎曲中逐步優(yōu)化參數(shù)的優(yōu)化方案，對(duì)原外徑38毫米,約1毫米厚度彎曲半徑的不銹鋼、鋁合金彎管進(jìn)行了成形參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)控彎曲。逐步提出了57毫米優(yōu)化策略,并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,通過(guò)實(shí)驗(yàn)其可靠適用。 致謝 筆者感謝由國(guó)家自然科學(xué)中國(guó)基金（編號(hào)：59975076和50175092），航空科學(xué)基金（04H53057），及其他部門(mén)提供的支持。 參考文獻(xiàn) 1. M. Strano, Automatic tooling design for rotary draw bending of tubes, Int. J. Adv. Manuf. Technol. 6(7–8)(2005) 33–740. 2. L. Q. Ren, Experimental Optimization Design and Analysis (Higher Education Press, Beijing, 2003). 3. S. S. Rao, Optimization Theory and Applications (Halsted Press, New York, 1984). 4. J. Xu, H. Yang, M. Zhan, H. Li and L. Guo, Research on the processing data management system in NC tube bending, Mech. Sci. and Technol. 25(12)(2006) 1418–1423. 5. H. Li etc., A new method to accurately obtain wrinkling limit diagram in NC bending process of thin-walled tube with large diameter under different loading paths, J. Mater. Process. Technol. 177(2006) 192–196. 7