型材拉弯的智能化控制工艺理论研究

论文摘要

型材拉伸弯曲工艺在汽车、航空工业等领域中应用极为广泛。研发型材拉弯新产品制件的周期较长,最突出的问题是制品弹复难以精确控制,为保证制件精度须经常调整生产工艺参数。即使是同牌号、同批次的型材,由于制造型材的板材性能和辊压工艺条件的波动,也会引起拉弯制品弹复的较大变化。当前制造业市场的发展趋势是对高精度、多品种、小批量的弯曲件的需求日益增加,而原材料成本与最终产品价格的差额逐渐减小,并且竞争日趋激烈,迫使制造业寻求更为有效的方法,降低生产成本,提高生产率。采用智能化控制技术来实现拉弯回弹的精确控制,是解决上述问题的一种有效途径。型材拉弯智能化是将每个坯料看成性能各异的个体,对在拉弯成形过程中,实时识别出每个个体的性能参数及工况参数,进而预测出最优的工艺参数,并以最优的工艺参数完成拉弯成形及其卸载的过程,从而达到更高的精度。本文分析了型材拉弯智能化需要解决的关键技术,对理论解析、参数识别及最优工艺参数的预测等方面的相关问题展开了系统研究。在型材拉弯智能化控制所要求的实时监测、识别、预测和控制四个基本要素中,参数识别模型和最优工艺参数预测模型的建立是基于对拉弯成形规律认识的基础上的。利用塑性弯曲工程理论,根据拉弯变形特点,对加载模式为先拉伸后弯曲的任意截面型材小曲率拉弯成形及回弹机理进行了深入的理论研究,建立了能够描述任意截面型材小曲率拉弯成形过程及回弹的力学模型。得出了几何参数和力学参数对拉弯回弹的影响规律,为型材拉弯智能化控制提供了理论依据。利用理论解析、有限元模拟和实验等研究手段,分析了影响矩形板材拉弯成形及卸载后回弹的主要因素,提出了理论预测模型的修正方法和性能参数实时识别的判据,从而确定了拉弯智能化控制过程中的参数识别及最优工艺参数预测模型。采用虚拟仪器控制软件LabVIEW、6062E数据采集卡及相关模块,建立了便携式数据采集系统。在该系统上开发了信号采集和传感器标定等程序,获得了令人满意的信号检测与控制的速度和精度。建立了拉伸弯曲智能化控制系统,提出了通过控制预拉力来控制型材的回弹的方案。设计加工了拉弯实验装置,改装了液压系统。对矩形板材和П形对称截面型材进行了拉弯试验,实验结果表明,理论预测模型是正确的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 引言
• 1.3 塑性加工成形智能化控制技术
• 1.3.1 成形智能化的发展
• 1.3.2 板材成形智能化系统
• 1.3.3 弯曲回弹的智能控制方法
• 1.4 型材拉弯成形工艺的研究现状及国内外发展趋势
• 1.4.1 拉弯成形工艺研究的主要内容
• 1.4.2 研究拉弯成形的基本方法
• 1.4.3 拉弯成形研究的发展方向
• 1.5 选题的意义及主要研究内容
• 1.5.1 选题的意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第2章 任意截面型材小曲率（截面内无压缩屈服）拉弯理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 基本假设
• 2.3 预拉应力小于屈服应力的拉弯
• 2.3.1 弹性拉弯
• 2.3.2 截面部分塑性状态拉弯
• 2.4 预拉屈服后的拉弯
• 2.4.1 拉弯力学模型分析
• 2.4.2 截面应变应力分析
• 2.4.3 应力应变中性层
• 2.4.4 预拉应力的取值范围
• 2.4.5 截面弯矩的计算
• 2.5 卸载过程及弹复研究
• 2.5.1 反向弹性压弯
• 2.5.2 卸载弹复分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 矩形板材拉弯及回弹研究
• 3.1 引言
• 3.2 矩形板材拉弯理论研究
• 3.2.1 弹性拉弯的相对弯曲半径
• 3.2.2 部分截面塑性的拉弯回弹
• 3.2.3 预拉屈服拉弯的条件
• 3.2.4 预拉屈服的拉弯回弹
• 3.2.5 预拉应力对回弹的影响
• 3.3 矩形板材拉弯的实验研究
• 3.3.1 实验条件
• 3.3.2 实验结果
• 3.4 预拉屈服回弹公式的修正
• 3.4.1 实验与理论结果的分析
• 3.4.2 理论回弹公式的修正
• 3.5 矩形板材拉弯的数值模拟
• 3.5.1 有限元模拟相关模型及参数的设定
• 3.5.2 拉弯和弹复的模拟
• 3.5.3 模拟结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 拉弯智能化控制策略
• 4.1 引言
• 4.2 型材性能参数的确定原理
• 4.2.1 拉伸力增值比较法
• 4.2.2 硬化指数和强度系数的确定
• 4.3 最佳预拉力的确定
• 4.3.1 预拉力与回弹的关系
• 4.3.2 预拉力区域
• 4.4 拉弯智能化控制系统
• 4.4.1 系统构成
• 4.4.2 智能拉弯控制模型
• 4.5 本章小结
• 第5章 型材智能化拉弯实验系统
• 5.1 实验系统的构成
• 5.2 拉弯实验装置设计
• 5.2.1 拉伸油缸
• 5.2.2 弯曲油缸
• 5.3 液压系统改造
• 5.4 智能控制系统
• 5.5 基于LabVIEW 的数据采集系统
• 5.5.1 数据采集系统的工作原理及特点
• 5.5.2 基于便携式数据采集系统上的程序开发
• 5.6 监测元件的标定
• 5.6.1 拉力传感器的设计和标定
• 5.6.2 位移传感器的标定
• 5.7 拉弯实验
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介