沖壓加工工藝的智能化發展 摘要摘要 通過對沖壓工藝技術工藝的分析 以及對沖壓成型近 30 年來 取得的成果的回顧 分析了沖壓工藝學的發展特點 并結合作者對 沖壓工藝的了解對沖壓工藝技術的發展做了展望 關鍵字關鍵字 加工特點 神經網絡算法 智能化 引言引言 近年來 隨著對發展先進制造技術的重要性獲得前所未有的 共識以及計算機技術的發展 通過與高新技術的結合 沖壓成型在 方法和體系上開始發生很大變化 計算機技術 信息技術 現代測 控技術等沖壓領域的滲透與交叉融合 推動了先進沖壓成形技術的 形成和發展 加快了金屬鈑金工藝實現規模化 批量化乃至個性化 生產的進程 隨著神經網絡算法以及模糊算法等的發展 以及控制 科學 計算機科學與板材成型理論的有機結合的綜合技術的發展 板料沖壓成型智能化發展已經成為板料沖壓成型的一個新的發展方 向 沖壓成形智能化是塑性成形技術 控制技術及計算機技術的多 學科交叉的產物 近年來 科學技術突飛猛進 特別是計算機技術 更是日新月異 無論是硬件的計算速度還是軟件的功能都有了長足 的進步 這些相關學科的迅速發展已為傳統的加工業實現更為先進的 智能化控制創造了先決條件 將板材成形理論與控制技術和計算機 技術有機地相結臺 就能夠實現沖壓成形的智能化控制 1 1 沖壓工藝的加工特點 沖壓工藝的加工特點 沖壓加工是一種金屬塑性加工工藝 其坯料主要是板材 帶材 管材及其他型材 是利用安裝在壓力機上的沖模 通過施加壓力 在瞬間完成加工過程 把原材料加工成所需要的零件形狀和尺寸的 成品或半成品的工藝過程 其應用范圍極廣 從精細的電子元件 儀表指針到汽車的覆蓋件和大梁 高壓容器封頭及航空航天器的蒙 皮 機身等 均需沖壓加工 目前用沖壓工藝所獲得的制品 在現 代汽車 拖拉機 電機電器 儀器儀表及無線電電子產品和人們日 常生活中 都占有十分重要的地位 經過上世紀對沖壓工藝的發展 沖壓工藝也形成了自己獨特的 加工特點 1 采用沖壓加工方法 在壓床簡單沖壓下 可以得到壁薄 重 量輕 剛性好 表面質 量高 形狀復雜 用其他加工方法難以加工的工件 如汽車的 前頂蓋 車門等薄殼零件 2 沖壓件的尺寸精度是由模具保證的 制出的零件一般不進一 步加工 可直接用來裝配 而且有一定精度 具有互換性 因此 沖壓加工的尺寸穩定 互換性好 3 在耗材不大的情況下 能得到強度高 足夠剛性而重量輕 外表光滑美觀的零件 因此 工件的成本較低 4 沖壓加工一般不需要加熱毛坯 也不像切削加工那樣 大量 切削金屬 所以它不但節能 而且節約金屬 操作簡單 勞動強度 低 材料利用率高 一般為 70 85 5 生產效率高 可實現制品與零件的高速度大量的生產 沖床 沖一次一般可得一個零件 而沖床一分鐘的行程少則多次 多則幾 百次 同時 生產出的毛坯和零件形狀規則 便于實現機械化和自 動化 最近幾年發展起來的簡易沖模 組合模具 鋅基合金沖模等 為單件大批量生產創造了條件 因此 產品造價成本低 然而沖壓工藝和其它加工方法一樣 也有其自身的局限性 如 沖模結構比較復雜 制造周期長 模具價格偏高 在單件小批量 多品種生產時經濟上不合算 為了完善和擴充沖壓工藝的優點 克 服其缺點 結合現階段高新技術的發展 沖壓工藝正在進行著新的 革新 2 2 沖壓成型智能化發展趨勢 沖壓成型智能化發展趨勢 在計算機技術以及數控技術的發展 以及與高新技術的結合 21 世紀的沖壓技術將以更快的速度持續發展 發展的方向將更加突 出 精 省 凈 的需求 適應模具產品 交貨期短 精度高 質量好 價格低 的要求服務 為了滿足板料成型新的要求 智能化發展得到新關注 2 12 1 適應控制對沖壓的發展適應控制對沖壓的發展 隨著對沖壓對象的智能化研究不斷深入 從載荷一位移曲線出 發 根據由彈塑性力學模型導出的彎曲及其回彈理論公式 開發出 了可對壓機沖頭的位移進行有效的實時控制的適應控制方法 在這 方面 美國的 K A S telson 做了大量的工作并取得了很大的進展 Stelson 等人提出了一種混臺型控制方法 該種方法兼有反饋控制 法和模型控制法的優點 同時克服了兩者的某些缺點 這種方法避 免了反復加載和角度監測的麻煩 而且成功地適應了被彎曲板坯性 能有波動的情況 例如 對于彎曲成形 回彈是不可避免的工藝問 題 適應控制能夠很好地解決回彈問題 并能對彎曲回彈智能化的 控制 2 22 2 數據庫的應用數據庫的應用 在彎曲過程初期 先對材料特性進行實時識別 隨后的成形過 程中就可以實現適應控制 其工作原理是 先用模型模擬法進行數 值計算 建立無量綱數據庫 在彎曲加工時再輸入坯料和模具的尺 寸形狀參數 然后根據該數據庫建立檢索文件 檢索文件可以對傳 感器在線監測的彎曲角和沖頭行程所對應的 n 值進行檢索和推定 從而確定由 n 值和沖頭載荷所決定的材料強度系數 B 值 再預測出 彎曲后的回彈量 以確定沖頭的最終行程 對精確化 實時化控制 彎曲回彈有了很大的促進作用 2 32 3 神經網絡及模糊算法的應用神經網絡及模糊算法的應用 作為最新的動態 應用技術的發展方向是利用神經網絡理論來 提高加工精度 如前所述 為了實現實時控制首先必須建立簡單的 數學模型 為建立這種模型 必須采用大量的假設條件 使各種影 響因素簡化 因此 這種數學模型適用范圍窄 所能顧及的影響因素 不完備 在實際彎曲的過程中 象 彈量等反映加工精度的量與板坯 尺寸 材料性能 模具形狀 潤滑條件及環境溫度等因素之間的關系 是非線性的 為了描述這種復雜的非線性關系 需采用神經網絡系 統 由此可見 綜合應用數值模擬 數據厙 神經同絡等技術