板料冲裁工艺参数优化与仿真预测的研究

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1、板料冲裁工艺参数优化与仿真预测的研究ResearchonOptimizationandSimulationPredictionofBlankingProcessParameterforSheetMetal学科专业：机械制造及其自动化作者姓名：孙静指导教师：万淑敏副教授天津大学机械工程学院2017年05月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过

2、的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要板料冲裁是金属板料进行塑性加工而所

3、经常采用的一种基本加工方式，它因具有产品的尺寸稳定及生产效率高等优点而被普遍应用于汽车等领域。金属板料的冲裁变形区域通常主要汇集于十分狭小的模具冲裁间隙之内，冲裁变形的过程由于涉及几何非线性、材料非线性以及接触非线性等问题而变得极其复杂，因而对板料冲裁断面质量的光亮带长度进行深入分析也变得相对比较复杂。随着有限元仿真模拟分析技术的迅速发展，借助有限元分析软件对金属板料的整个冲裁过程进行数值模拟分析，能够优化金属材料的冲裁工艺参数，有效提高冲压零件的冲裁断面质量，减少冲压模具的磨损量，为企业的实际生产提供一定的参考指导。本文将预

4、减振钢片作为分析研究的对象，借助DEFORM-2D仿真分析软件对预减振钢片（材料为QSTE460TM，金属材料的厚度为1.5mm）的冲裁过程进行有限元仿真分析。分析了冲裁工艺参数对冲压零件冲裁断面光亮带长度的影响变化规律；而且依据响应曲面法对预减振钢片的冲裁工艺参数进行了一定的优化；利用BP神经网络对预减振钢片光亮带的长度进行仿真预测，并且设计冲压级进模进行试验验证。论文的主要研究工作如下：（1）根据金属板料冲裁关键仿真技术的研究，建立了预减振钢片冲裁仿真的有限元模拟分析模型。借助DEFORM-2D仿真分析软件模拟了预减振钢片

5、的冲裁变形过程，研究了金属板料冲裁变形过程中的应力与应变的分布状况，并且深入分析了冲裁工艺参数与冲压零件冲裁断面光亮带长度之间的影响变化规律。（2）基于响应曲面法设计了预减振钢片冲裁的仿真模拟试验，建立了冲裁工艺参数与零件冲裁断面光亮带长度之间的数学函数表达式。通过仿真试验分析了板料冲裁工艺参数与冲压零件冲裁断面光亮带长度之间的交互式影响变化趋势。通过分析则可以得知冲裁间隙与模具刃口圆角半径对冲裁断面光亮带长度的交互式影响最大的结论。此外，通过响应曲面法给出了预减振钢片的优化冲压工艺参数组合方案。（3）基于响应曲面法的仿真试验

6、数据，建立了3-11-1的三层BP人工神经网络，其过程主要包含网络的结构设计、训练与测试三个部分。此外，基于预减振钢片零件的工艺分析，利用冲压模具对BP人工神经网络的仿真预测值及有限元模拟值进行了试验验证。试验值与BP人工神经网络预测值之间的相对误差分别为14.81%与7.74%，试验值与有限元仿真模拟分析值之间的相对误差分别为III万方数据6.43%与14.78%，该误差在企业能够接受的误差范围之内，从而验证了BP人工神经网络以及有限元模拟应用于预减振钢片冲裁断面光亮带长度仿真预测的正确性与可行性。关键词：板料冲裁，工艺参数

7、优化，响应曲面法，BP神经网络，冲压模具IV万方数据ABSTRACTBlankingisoneofthebasicmethodofmetalplasticforming,whichiswidelyusedinautomobilesbecauseofitsstabilityofdimensionandhighproductivity.Theareaofblankingdeformationisconcentratedinthenarrowdieclearance,andblankingisintricatebecausethea

8、nalysisoftheblankingneedstoconsidermaterialnonlinearity,contactconditionnonlinearityandgeometricalnonlinearity.Therefore,tostudythelengtho