[發(fā)明專利]無芯模旋壓成形旋輪加載路徑智能優(yōu)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011236816.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN112464526A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高鵬飛;詹梅;閆星港;李宏偉;馬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/27;G06F30/17;B21D22/14
• 代理公司: 石家莊科誠專利事務(wù)所(普通合伙) 13113
• 代理人: 劉麗麗;張帆

本發(fā)明屬于零件成形制造相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種無芯模旋壓成形旋輪加載路徑智能優(yōu)化方法，采用有限元軟件，建立無芯模旋壓有限元模型、無芯模旋壓瞬時(shí)成形工況及狀態(tài)實(shí)時(shí)提取模型，并獲取不同初始工況下瞬時(shí)成形工況與瞬時(shí)成形狀態(tài)對(duì)應(yīng)的量化數(shù)據(jù)；基于量化數(shù)據(jù)采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立無芯模旋壓不同瞬時(shí)成形工況下的旋壓成形狀態(tài)預(yù)測模型；采用粒子群優(yōu)化算法構(gòu)造粒子群優(yōu)化算法適應(yīng)度函數(shù)，對(duì)瞬時(shí)旋輪加載路徑優(yōu)化；最后建立無芯模旋壓成形旋輪加載路徑優(yōu)化平臺(tái)，運(yùn)行得滿足優(yōu)化目標(biāo)的旋輪加載路徑。本發(fā)明用于優(yōu)化無芯模旋壓成形旋輪加載路徑，能有效降低旋壓成形過程中的凸緣波動(dòng)程度，避免起皺缺陷的形成，獲得目標(biāo)壁厚減薄率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于零件成形制造相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無芯模旋壓成形旋輪加載路徑智能優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

無芯模旋壓是一種先進(jìn)的局部加載柔性成形工藝，成形中通過尾頂和通用夾持模將圓形板坯固定并以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，通過對(duì)旋輪加載路徑的設(shè)計(jì)和控制，對(duì)坯料施加局部點(diǎn)加載作用，以產(chǎn)生連續(xù)的局部變形累積實(shí)現(xiàn)整體成形。由于沒有芯模支撐和約束，其成形過程強(qiáng)烈依賴于旋輪對(duì)坯料的加載路徑。而旋輪加載路徑具有極高的柔性與復(fù)雜性，涉及加載半錐角、進(jìn)給比、芯模轉(zhuǎn)速等眾多成形條件且隨成形過程變化，使得旋輪加載路徑在理論上存在無數(shù)種可能性。在復(fù)雜的柔性加載條件作用下，成形中會(huì)發(fā)生凸緣收縮、壁厚減薄等復(fù)雜變形，容易形成起皺、壁厚超差等成形缺陷。無芯模旋壓成形是一個(gè)高度非線性的漸進(jìn)成形過程，無芯模旋壓加載路徑與變形特征的復(fù)雜性，使得無芯模旋壓成形中旋輪加載路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)十分困難。

在目前，旋輪加載路徑中半錐角變化過程（即旋輪軌跡）的優(yōu)化仍采用經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)方法，依賴于工程人員技術(shù)水平，常需要反復(fù)試錯(cuò)，設(shè)計(jì)效率低，且無法保證設(shè)計(jì)得到的旋輪軌跡為目標(biāo)成形質(zhì)量下的最優(yōu)軌跡。除旋輪軌跡外，芯模轉(zhuǎn)速、旋輪進(jìn)給比等條件對(duì)無芯模旋壓成形質(zhì)量也具有重要影響，目前在優(yōu)化芯模轉(zhuǎn)速、旋輪進(jìn)給比等時(shí)均將其當(dāng)作在成形過程固定不變的量，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)學(xué)建模方法，建立其與某些特征點(diǎn)處結(jié)果間“黑箱”式關(guān)聯(lián)模型，并據(jù)此進(jìn)行全過程旋壓工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，但這種方法未考慮復(fù)雜曲面件無芯模旋壓中成形狀態(tài)與變形規(guī)律的復(fù)雜變化，其獲得的優(yōu)化工藝參數(shù)組合實(shí)質(zhì)上無法適用整個(gè)漸變的旋壓過程，甚至可能無法得到合格的成形構(gòu)件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，是要提供一種無芯模旋壓成形旋輪加載路徑智能優(yōu)化方法，結(jié)合無芯模旋壓有限元模型、瞬時(shí)成形工況及狀態(tài)實(shí)時(shí)提取模塊，通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)建立無芯模旋壓不同瞬時(shí)成形工況下的旋壓狀態(tài)預(yù)測模型，以實(shí)現(xiàn)成形條件實(shí)時(shí)提取、成形狀態(tài)實(shí)時(shí)預(yù)測、旋輪加載路徑在線智能優(yōu)化的無芯模旋壓集成模擬仿真，從而有效降低旋壓成形過程中的凸緣波動(dòng)程度，避免起皺缺陷的形成，獲得目標(biāo)壁厚減薄率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種無芯模旋壓成形旋輪加載路徑智能優(yōu)化方法，包括以下步驟：

S1、基于有限元軟件，建立無芯模旋壓有限元模型；

S2、基于有限元軟件，建立無芯模旋壓瞬時(shí)成形工況及狀態(tài)實(shí)時(shí)提取模型；

S3、基于無芯模旋壓有限元模型、無芯模旋壓瞬時(shí)成形工況及狀態(tài)實(shí)時(shí)提取模型，獲取不同初始工況下旋壓瞬時(shí)成形工況與旋壓瞬時(shí)成形狀態(tài)對(duì)應(yīng)的量化數(shù)據(jù)，并采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，建立無芯模旋壓不同瞬時(shí)成形工況下的旋壓成形狀態(tài)預(yù)測模型；

S4、基于無芯模旋壓瞬時(shí)成形工況及狀態(tài)實(shí)時(shí)提取模型、無芯模旋壓不同瞬時(shí)成形工況下的旋壓成形狀態(tài)預(yù)測模型，采用粒子群優(yōu)化算法，構(gòu)造粒子群優(yōu)化算法適應(yīng)度函數(shù)，對(duì)無芯模旋壓瞬時(shí)旋輪加載路徑進(jìn)行優(yōu)化；

S5、將步驟S1~S4進(jìn)行集成，建立無芯模旋壓成形旋輪加載路徑優(yōu)化平臺(tái)，運(yùn)行獲得滿足優(yōu)化目標(biāo)的瞬時(shí)旋輪加載路徑，將優(yōu)化輸出的離散結(jié)果平滑即可獲得全過程無芯模旋壓成形旋輪加載路徑。

作為限定，步驟S2中，無芯模旋壓瞬時(shí)成形工況的參量包括：旋輪作用半徑、凸緣寬度、半錐角、進(jìn)給比和芯模轉(zhuǎn)速；無芯模旋壓瞬時(shí)成形狀態(tài)包括：凸緣波動(dòng)程度、壁厚減薄率；