本發(fā)明屬于沖壓成形技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于急動度的伺服沖壓速度控制方法,用于提升零件成形質(zhì)量。
背景技術(shù):
沖壓速度是板料成形的重要工藝參數(shù),它對零件的成形質(zhì)量和成形極限有很大影響。當(dāng)沖壓速度過大時(shí),生產(chǎn)效率大大提高,但需要的成形力增大,噪聲嚴(yán)重,而且材料的流動不充分,板料易出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象;當(dāng)沖壓速度過小時(shí),噪聲小,材料的流動相對充分,成形極限和成形精度有所改善,但生產(chǎn)效率大大降低。
隨著伺服電機(jī)的快速發(fā)展,沖壓運(yùn)動可以實(shí)現(xiàn)速度或位移精確可調(diào)。沖壓運(yùn)動的柔性可控是伺服壓力機(jī)最主要的特征之一,通過采用不同的滑塊運(yùn)動曲線可以實(shí)現(xiàn)延長機(jī)器壽命、提高零件精度、降低噪聲和提高生產(chǎn)率等多種目標(biāo)。
目前,采用何種沖壓運(yùn)動方式使零件的成形性能最優(yōu)還不清楚。在有限元模擬和試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)變速條件下,零件的成形極限、成形質(zhì)量變好,如MORI等在“Springback behaviour inbending of ultra-high-strength steel sheets using CNC servo press”文章中提出通過二次沖擊來控制板件彎曲工藝中的回彈缺陷,MATSUMOTO等在“Prevention of galling in forming of deep hole with retreat and advance pulse ram motion on servo press”文章中提出滑塊逐級沖壓運(yùn)動曲線用于零件拉深,均有效消除了拉深零件的起皺缺陷,但變速運(yùn)動方式大都采用樣條曲線控制,并不具備數(shù)學(xué)特征。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種基于急動度的伺服沖壓速度控制方法,它能夠?qū)崿F(xiàn)位移、速度、加速度和急動度的連續(xù)可調(diào),提升復(fù)雜及難成形零件的成形質(zhì)量,減少生產(chǎn)噪聲,提高壓力機(jī)與模具壽命。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種基于急動度的伺服沖壓速度控制方法,包括以下步驟:
S1、建立待沖壓零件的三維模型并導(dǎo)入有限元分析軟件中;
S2、設(shè)置材料參數(shù)、邊界條件、接觸條件,并劃分網(wǎng)格;
S3、設(shè)定位移幅值曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式為x=At3+Bt2+Ct+D,可得速度數(shù)學(xué)表達(dá)式為v=3At2+2Bt+C、加速度數(shù)學(xué)表達(dá)式為a=6At+2B、急動度數(shù)學(xué)表達(dá)式為j=6A:
S301、因?yàn)榧眲佣仁且环N會使材料產(chǎn)生疲勞的柔性碰撞,當(dāng)急動度較大時(shí),材料易產(chǎn)生疲勞,影響機(jī)器的使用精度,減少機(jī)器的使用壽命,故根據(jù)急動度數(shù)學(xué)表達(dá)式可知A的取值應(yīng)較小,從而確定A的初步取值范圍為0~1;
S302、閉模時(shí)加速度a應(yīng)較小,以更加精確地控制凹模運(yùn)動,準(zhǔn)確地使凹模停止在下止點(diǎn),為提高成形精度,故由A的初步取值范圍推出B的初步取值范圍為0~-3;
S303、閉模時(shí)速度v不宜過大,模具尚未開始運(yùn)動時(shí)x=0,閉模時(shí)x=1,故由A、B的初步取值范圍推出C的初步取值范圍為1~3,D的初步取值為0;
S4、在A、B、C的初步取值范圍內(nèi)選取不同的值以設(shè)置不同的位移幅值曲線,提交計(jì)算;
S5、從計(jì)算結(jié)果中提取最大成形力、FLDCRT、最大減薄率的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析,最大成形力的數(shù)值越小越有利于減小壓力機(jī)的噸位,F(xiàn)LDCRT的數(shù)值越小越不接近破裂而有利于提高板料的成形極限,最大減薄率的數(shù)值越小越有利于厚度的均勻分布,故選取最大成形力、FLDCRT、最大減薄率數(shù)值較小的幾組曲線,確定A、B、C的優(yōu)化取值范圍,從而獲得能夠提升沖壓質(zhì)量、延長模具和壓力機(jī)壽命的伺服沖壓速度曲線,以使板料成形性能最優(yōu)。
按上述技術(shù)方案,步驟S2中設(shè)置材料參數(shù)具體包括:模具設(shè)為剛體,板料設(shè)為變形體并賦予材料屬性,材料屬性包括各溫度下應(yīng)力應(yīng)變曲線、各溫度下FLD曲線、密度、楊氏模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和各向異性系數(shù)。
按上述技術(shù)方案,步驟S2中設(shè)置邊界條件具體包括:凸模固定不動,凹模由沖壓運(yùn)動曲線確定,采用速度由大到小的沖壓運(yùn)動曲線。
按上述技術(shù)方案,步驟S2中設(shè)置接觸條件具體包括摩擦系數(shù)、膜層散熱系數(shù)、接觸換熱系數(shù)和發(fā)射率。
按上述技術(shù)方案,步驟S2中網(wǎng)格類型為溫度-位移耦合單元。
按上述技術(shù)方案,步驟S5中,A的優(yōu)化取值范圍為0.2~0.6,B的優(yōu)化取值范圍為-0.7~-1.7,C的優(yōu)化取值范圍為1.5~2.1,D的優(yōu)化取值為0。
本發(fā)明,具有以下有益效果:本發(fā)明通過設(shè)定位移幅值曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式、速度數(shù)學(xué)表達(dá)式、加速度數(shù)學(xué)表達(dá)式急動度數(shù)學(xué)表達(dá)式,并確定在沖壓運(yùn)動下板料的成形性能較好時(shí)表達(dá)式中A、B、C、D的優(yōu)化取值范圍,運(yùn)用這種優(yōu)化后的沖壓運(yùn)動曲線,能夠?qū)崿F(xiàn)位移、速度、加速度和急動度的連續(xù)可調(diào),提升復(fù)雜及難成形零件的成形質(zhì)量,減少生產(chǎn)噪聲,提高壓力機(jī)與模具壽命。
附圖說明
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明,附圖中:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中汽車前縱梁的有限元模型。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中不同的位移幅值曲線圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中熱沖壓下不同位移幅值曲線下的最大成形力圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中熱沖壓下不同位移幅值曲線下的最大FLDCRT圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中熱沖壓下不同位移幅值曲線下的最大減薄率圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中,一種基于急動度的伺服沖壓速度控制方法,包括以下步驟:
S1、建立待沖壓零件的三維模型并導(dǎo)入有限元分析軟件中;
S2、設(shè)置材料參數(shù)、邊界條件、接觸條件,并劃分網(wǎng)格;
S3、設(shè)定位移幅值曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式為x=At3+Bt2+Ct+D,可得速度數(shù)學(xué)表達(dá)式為v=3At2+2Bt+C、加速度數(shù)學(xué)表達(dá)式為a=6At+2B、急動度數(shù)學(xué)表達(dá)式為j=6A:
S301、因?yàn)榧眲佣仁且环N會使材料產(chǎn)生疲勞的柔性碰撞,當(dāng)急動度較大時(shí),材料易產(chǎn)生疲勞,影響機(jī)器的使用精度,減少機(jī)器的使用壽命,故根據(jù)急動度數(shù)學(xué)表達(dá)式可知A的取值應(yīng)較小,大致確定A的取值范圍為-1~1,本發(fā)明中確定A的初步取值范圍為0~1;
S302、閉模時(shí)加速度a應(yīng)較小,以更加精確地控制凹模運(yùn)動,準(zhǔn)確地使凹模停止在下止點(diǎn),為提高成形精度,故由A的初步取值范圍推出B的初步取值范圍為0~-3;
S303、閉模時(shí)速度v不宜過大,模具尚未開始運(yùn)動時(shí)x=0,閉模時(shí)x=1,故由A、B的初步取值范圍推出C的初步取值范圍為1~3,D的初步取值為0;
S4、在A、B、C的初步取值范圍內(nèi)選取不同的值以設(shè)置不同的位移幅值曲線,提交計(jì)算;
S5、從計(jì)算結(jié)果中提取最大成形力、FLDCRT、最大減薄率的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析,最大成形力的數(shù)值越小越有利于減小壓力機(jī)的噸位,F(xiàn)LDCRT的數(shù)值越小越不接近破裂而有利于提高板料的成形極限,最大減薄率的數(shù)值越小越有利于厚度的均勻分布,故選取最大成形力、FLDCRT、最大減薄率數(shù)值較小的幾組曲線,確定A、B、C的優(yōu)化取值范圍,從而獲得能夠提升沖壓質(zhì)量、延長模具和壓力機(jī)壽命的伺服沖壓速度曲線,以使板料成形性能最優(yōu)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中,步驟S2中,設(shè)置材料參數(shù)具體包括:模具設(shè)為剛體,板料設(shè)為變形體并賦予材料屬性,材料屬性包括各溫度下應(yīng)力應(yīng)變曲線、各溫度下FLD曲線、密度、楊氏模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和各向異性系數(shù);設(shè)置邊界條件具體包括:凸模固定不動,凹模由沖壓運(yùn)動曲線確定,采用速度由大到小的沖壓運(yùn)動曲線;設(shè)置接觸條件具體包括摩擦系數(shù)、膜層散熱系數(shù)、接觸換熱系數(shù)和發(fā)射率;網(wǎng)格類型為溫度-位移耦合單元。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中,步驟S5中,A的優(yōu)化取值范圍為0.2~0.6,B的優(yōu)化取值范圍為-0.7~-1.7,C的優(yōu)化取值范圍為1.5~2.1,D的優(yōu)化取值為0。
本發(fā)明采用CAE模擬分析,包括以下幾個步驟:建立相應(yīng)的三維模型并導(dǎo)入有限元分析軟件中;設(shè)置材料參數(shù)、邊界條件、接觸條件并劃分網(wǎng)格;運(yùn)用位移幅值曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式x=At3+Bt2+Ct+D,通過參數(shù)分析設(shè)置不同的沖壓運(yùn)動曲線(取不同的A、B、C、D值);提交計(jì)算,從計(jì)算結(jié)果中提取數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較分析,從而獲得能夠提升沖壓質(zhì)量、延長模具和壓力機(jī)壽命的伺服沖壓速度曲線。
下面以汽車前縱梁熱沖壓成形為例(本發(fā)明同樣適用于冷沖壓),本發(fā)明包括以下步驟:
1、利用cat ia三維建模軟件建立前縱梁沖壓三維模型,并將三維模型導(dǎo)入abaqus軟件,如圖1所示;
2、設(shè)置材料參數(shù):模具設(shè)為剛體,板料設(shè)為變形體并賦予材料屬性,板料材料為7075-O態(tài)鋁合金板,板料初始溫度為450℃,材料屬性主要包括各溫度下應(yīng)力應(yīng)變曲線、各溫度下FLD曲線、密度、楊氏模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、各向異性系數(shù)等;
設(shè)置邊界條件:凸模固定不動,凹模由沖壓運(yùn)動曲線(位移幅值曲線,x=0時(shí)表示模具還沒開始運(yùn)動,x=1時(shí)表示已經(jīng)閉模)確定,凸模與凹模之間距離為152mm,壓邊力為15000N,一般來說,剛開始成形時(shí)沖壓速度較快,有利于提高生產(chǎn)效率,靠近成形終點(diǎn)時(shí)沖壓速度較慢,有利于提高成形質(zhì)量、成形精度,故采用速度由大到小的沖壓運(yùn)動曲線,即A取值范圍為0~1,如圖2所示,本發(fā)明中不同沖壓運(yùn)動曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式中A取值0、0.2、0.5、0.6、0.8、1,數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:
V1:x=t;
V2:x=0.2t3-0.7t2+1.5t;
V3:x=0.5t3-1.4t2+1.9t;
V4:x=0.6t3-1.7t2+2.1t;
V5:x=0.8t3-2.2t2+2.4t;
V6:x=t3-2.7t2+2.7t;
設(shè)置接觸條件:主要包括摩擦系數(shù)、膜層散熱系數(shù)、接觸換熱系數(shù)、發(fā)射率等參數(shù)。
劃分網(wǎng)格并提交計(jì)算,網(wǎng)格類型為溫度-位移耦合單元;
3、從計(jì)算結(jié)果中提取數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較分析,提取的數(shù)據(jù)主要為最大成形力,F(xiàn)LDCRT,最大減薄率等。
熱沖壓下,不同位移幅值曲線下最大成形力如圖3所示,F(xiàn)LDCRT(損傷準(zhǔn)則,值越大板料越接近破裂,值大于1表示板料破裂)如圖4所示,最大減薄率如圖5所示;可以看出運(yùn)動曲線2、5、6下所需最大成形力較小,有利于減小壓力機(jī)的噸位,運(yùn)動曲線2、3、4下FLDCRT數(shù)值較小,最不接近破裂,有利于提高板料的成形極限,運(yùn)動曲線2、3、4下,最大減薄率較小,有利于厚度的均勻分布,綜合來看,運(yùn)動曲線2到運(yùn)動曲線4范圍內(nèi)板料的成形性能最優(yōu),即確定了A、B、C、D的取值范圍能夠使得成形性能最優(yōu)。在本實(shí)施例中,最終確定有利于提升成形質(zhì)量、延長模具與壓力機(jī)壽命的位移幅值曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式為:x=At3+Bt2+Ct+D,其中A取值范圍為0.2~0.6,B取值范圍為-0.7~-1.7,C取值范圍為1.5~2.1,D取值0。
本發(fā)明能夠利用有限元模擬,確定在沖壓運(yùn)動下板料的成形性能較好時(shí)A、B、C、D的取值范圍。
應(yīng)當(dāng)理解的是,對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說,可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換,而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。