钣金材料成形控制过程的发展

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1、中国材料加工技术127（2002）361±368钣金材料成形控制过程的发展TAC汽车集团福特汽车公司迪尔伯恩，MI48121，USA机械工程与应用力学系，美国密歇根大学安阿伯，MI48109，USA迪尔伯恩，研究实验室cFord，福特汽车公司，MI48121，USA于2012年5月8日收稿，2012年5月13日发表。摘要在钣金板材成形过程中，压边力控制材料的模腔是生产中的重要部分。过程控制中的跟踪参考轨迹冲力在提高零件的质量和一致性的基础上，可以用来调整压边力。在过程控制中的关键问题包括过程控制器和参考冲床力弹道设计。本文的目的是提出一个系统化的方法来设计

2、和实施一个合适的过程控制器和一个最佳参考冲床力轨迹。该方法包括钣金板材成形过程的建模，设计的过程控制，并确定最优打孔力轨迹。通过实验验证，结果从U型槽成型演示，通过模拟和最佳参考冲床力的轨迹，可以设计一个合适的工艺控制器可以合成。计划发展是有用的，在设计和实施过程控制在钣金板材成形过程。#2002Elsevier科学BV保留所有权利。关键词：金属板材成形过程控制优化组合1.介绍说明钣金冲压的主要制造工艺，因为它的高速和低成本而大批量生产。例如，零件如车身板、液力变矩器叶轮叶片和油箱都用这种方法生产的。如图1是一个简单的冲压工艺。基本组成部分的冲头，也可能是

3、一组压边，也可能不是，包括冲头吸引的颗粒。冲头控制空白形成的形状，坯料夹持器控制进入模腔的金属。冲压件的质量是至关重要的，避免在装配中出现产品性能的问题。两个主要的考虑因素的冲压件的质量的成形性（例如，起皱过度压缩造成的撕裂所造成的过大的张力）和尺寸精度（例如，回弹所造成的弹性恢复）。如图2所示是在金属板材成形的主要问题。此外，一致性（例如，尺寸变化引起的润滑或厚度变化）在冲压过程中明显地影响随后在大批量生产组装。新的挑战出现在新材料的使用上。例如，以减少汽车的重量（提高燃油经济性）制造企业必须使用更轻的材料（例如，铝）或高强度钢薄计代替低碳钢。然而，这种

4、材料可形成为低碳钢，产生更多的回弹[1]。材料进入模腔的控制是重要的优良部分的质量和一致性，并且是用来控制材料的坯料夹持器。此前有研究表明，不同的压边力在成型过程中，可以提高零件质量精度范围为至[1±3]和一致性[1]。值得指出的是，机械压力机在ted液压多点缓冲系统中提供更多的控制形成的过程[4]。这样的技术的出现将有助于本文提出的过程控制思想的实现。通过应用变压边力控制金属板材成形工艺过程控制策略之一如图3所示。在这一实验中，可衡量过程控制变量（例如，打孔力）预定（如冲床力±位移）的参考轨迹通过操纵压边力[1]。这一实验可能会产生``最佳''高度，无论

5、最初的压边力和摩擦力的条件[5]。其他衡量的过程变量（例如，拉伸和摩擦力）也有报道。系统设计一个合适的过程控制，如图3中的过程模型必须恒等。最受欢迎的钣金成形用的模型是基于有限元分析，这是非常复杂的，因此，不适合于控制器的设计[9]。分段线性模型控制器的设计已经得到发展[9]。然而，这种模式不能用于闭环仿真，因为它无法捕捉的特征钣金板材成形过程的非线性行为。因此，在金属板材成形模拟的控制还没有得到充分的解决问题，尤其是从控制的角度来看，系统识别阳离子的方法已经得到很好地开发[10]。过程控制器的最流行的结构是一个比例加积分控制器[5,6,8]。然而，控制器

6、的参数通常是通过试验和误差确定的[11]。虽然过程控制器的设计得到了很好的发展[12]，其应用到金属板材成形仍然没有得到很好的研究。在过程控制中的参考轨迹是保证零件质量在金属板材成形的重要依据[13]。它已被确定实验数值[5,8]。然而，优化的参考轨迹。并没有得到很好的解决。钣金板材成形过程控制中的应用关键问题包括设计一个适当的过程控制和设计最佳参考轨迹。本文的目的是要解决这两个关键问题，即钣金板材成形的系统设计和实施过程控制。图1冲压过程中的示意性表示2．在钣金板材成形工艺控制2.1．实验装置双动液压成型模拟器配备一个PID数字控制器（参见图4）进行的过

7、程控制实验。按承载力为680kN和700kN为粘结剂的冲头。数字控制器允许的压边力跟踪预定的轨迹，实现机床控制器”如图3所示。2.2．实施过程控制在这形成模拟器是在图5所示过程控制的实现[13]。附加组件是“数据采集”块，数据采集板。它获取的数据从数字控制器（图3中的外部反馈路径的实现），计算出的压边力命令到数字控制器（图3中的“过程控制”块的输出的实现）。“计划”与“数据采集”块体实现“过程控制”如图3所示。“WSCI”的是的原始工作站通信接口。2.3．金属板材成形过程控制的影响2.3.1．过程控制的一致性部分近日，U型槽成型机和过程控制的比较表明过程控

8、制中机器控制的优越性[13]。如图6显示了相对干燥和润滑条件下的机