1、基于有限元模擬的筒形件錯(cuò)距旋壓智能參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)研究         1前言    旋壓是用于成形薄壁空心回轉(zhuǎn)體零件的一種金屬壓力加工方法。該工藝具有變形力小，節(jié)約原材料等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天、軍工、機(jī)械等領(lǐng)域。    在大直徑薄壁件的生產(chǎn)中，采用一般的三旋輪同平面的強(qiáng)力旋壓工藝，往往會(huì)由于減薄率的限制，需進(jìn)行多道次加工。通常，中間退火是難免的過(guò)渡工藝，其最終結(jié)果是產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低。因此，近些年來(lái)，錯(cuò)距旋壓得到了廣泛的應(yīng)用。錯(cuò)距旋壓時(shí)，三旋輪在毛坯周向呈120

2、°均布，并在軸向和徑向相互錯(cuò)開(kāi)一定距離(圖1)。這樣，使旋壓變形由三個(gè)旋輪分擔(dān)，增大了道次減薄率，減少了加工道次，提高了加工精度和生產(chǎn)效率。當(dāng)然，錯(cuò)距旋壓也有其缺點(diǎn)：工藝參數(shù)較多，而且彼此之間的關(guān)系十分復(fù)雜，只有當(dāng)各個(gè)工藝參數(shù)匹配合理時(shí)才能顯示出其工藝優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)錯(cuò)距旋壓工藝參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)行選擇非常必要。圖1筒形件錯(cuò)距旋壓示意圖   2參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)框架    實(shí)際生產(chǎn)中，仍然在延續(xù)著“工藝參數(shù)=經(jīng)驗(yàn)+生產(chǎn)調(diào)試”的選擇模式；相關(guān)的技術(shù)資料中也只能定位在簡(jiǎn)化的工程近似計(jì)算的基礎(chǔ)上，應(yīng)用效果并不好。本文采用有限元模擬與智能技術(shù)相結(jié)

3、合的方法，揭示錯(cuò)距旋壓的變形機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋壓工藝參數(shù)的優(yōu)化。圖2為本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架。圖2筒形件錯(cuò)距旋壓仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架    系統(tǒng)通過(guò)工藝設(shè)計(jì)模塊，可以根據(jù)輸入的工件初始參數(shù)得出初始的由解析求得的加工工藝參數(shù)，以此參數(shù)為條件，進(jìn)行有限元建模并輸出后處理結(jié)果。本文通過(guò)對(duì)有限元后處理文件的編程處理，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始工藝參數(shù)的優(yōu)化。最后，輸出優(yōu)化工藝參數(shù)。    3系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)    3.1有限元建模    利用通用有限元軟件MARC實(shí)現(xiàn)了對(duì)錯(cuò)

4、距旋壓有限元模型的三維彈塑性數(shù)值模擬。模型采用六面體單元，采用反正切摩擦模型來(lái)描述摩擦條件。有限元模型見(jiàn)圖3。圖3錯(cuò)距旋壓三維    3.2參數(shù)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)    本文采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化旋壓工藝的目的。模擬用的最初工藝參數(shù)來(lái)自工藝計(jì)算模塊，本模塊將根據(jù)其模擬結(jié)果對(duì)初始工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化所需特征參數(shù)的最終來(lái)源為有限元計(jì)算的結(jié)果輸出文件。通過(guò)對(duì)MARC后處理的二次開(kāi)發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所需具體數(shù)據(jù)的分類(lèi)格式輸出。然后通過(guò)編程，提取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的輸入值，主要輸入?yún)?shù)為三旋輪壓下量t1、t2、t3，三旋輪間的軸向錯(cuò)距值a12、a23，三旋輪

5、的徑向力Fr1、Fr2、Fr3，毛坯壁厚t0，旋輪進(jìn)給比f(wàn)。輸出為修正后的三旋輪壓下量t1、t2、t3，三旋輪間的軸向錯(cuò)距值a12、a23，旋輪進(jìn)給比f(wàn)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用BP算法，其網(wǎng)絡(luò)模型如圖4所示。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)樣本來(lái)自于大量的模擬優(yōu)化的成功算例和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。將所得工藝參數(shù)重新用于模擬分析，以缺陷（斷裂、損傷程度）、尺寸精度和三旋輪的徑向分力的平衡程度為主要評(píng)定指標(biāo)，重復(fù)該模擬-評(píng)定-模擬的過(guò)程，直到得出合格的工藝參數(shù)。圖4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型    3.3基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工藝輸出    在實(shí)際生產(chǎn)中，工件的加工精度受毛坯的

6、質(zhì)量、設(shè)備精度、工藝參數(shù)等多種因素的影響。所以，通過(guò)模擬優(yōu)化所得的工藝參數(shù)仍然無(wú)法用于實(shí)際加工。這就需要一個(gè)合理的轉(zhuǎn)換過(guò)程，將毛坯和設(shè)備等系統(tǒng)誤差的影響考慮在內(nèi)。這樣，所得的模擬優(yōu)化結(jié)果經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換就可以直接用于實(shí)際生產(chǎn)之中。本文通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了由模擬優(yōu)化的工藝參數(shù)向?qū)嶋H工藝參數(shù)的映射。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用BP算法，其學(xué)習(xí)樣本來(lái)自于生產(chǎn)中的實(shí)際工藝參數(shù)和試驗(yàn)及模擬所得的結(jié)果。其輸入為毛坯壁厚t0及經(jīng)過(guò)模擬優(yōu)化的三旋輪壓下量t1、t2、t3，三旋輪間的軸向錯(cuò)距值a12、a23，旋輪進(jìn)給比f(wàn)。輸出為可用于實(shí)際加工的工藝參數(shù)：三旋輪壓下量t1、t2、t3，三旋輪間的軸向錯(cuò)距值a12、a23，旋輪進(jìn)給比f(wàn)。  &