一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法与流程

本发明属于液压成形装备，特别涉及一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法。

背景技术：

1、随着热成形工艺不断发展，其中用于热冲压成形工艺的伺服控制冲压机技术得到突破，以伺服控制的方式可以实现冲压机滑块任意位移、速度、加速度、加加速度控制。而现有的伺服冲压速度控制方法，是将冲压下降曲线分为两段程序分别执行，第一段为快速下降阶段，这期间滑块做自由落体运动，并达到最大速度后开始减速；第二阶段为压制阶段，压制阶段保持匀速或凸函数运动，但一直存在柔性冲击问题。

2、鉴于此，为提高热冲压成形工艺中的产品冲压质量，以及降低整体冲压过程的能耗以达到节能制造的目标，本发明提供了一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目地在于提供了一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法，包括以下步骤：

4、s1、建立待冲压零件及其冲压模具的三维有限元模型，包含上模、下模、压边圈和板料，并导入有限元分析软件；

5、s2、设置材料参数、边界条件、接触条件、场条件；

6、s3、设定下模为固定约束，上模向下移动以完成合模操作，同时在模具与板料接触前处于加减速段或匀减速段时刻，切换控制阀程序下的五次多项式运动控制曲线，其切换时刻点的速度、加速度、加加速度均需要满足一定的数值范围要求，具体如下式所示：

7、

8、式中，l（t）表示活动横梁运动位移，u（t）表示活动横梁运动速度，a（t）表示活动横梁运动加速度，j（t）表示活动横梁运动加加速度，a0、a1、a2、a3、a4、a5为多项式系数，t表示活动横梁运动总时间，由此定义初始五次多项式曲线的预选参数范围；

9、s4、在a0~a5之间的预选参数范围内选取不同的值，作出不同仿真的五次多项式曲线，然后提交cae有限元分析计算；

10、s5、从计算结果中提取最大成形力、最大减薄率、米塞斯应力、冲压结束时温度的数据作为优化对象，进行比较分析，根据仿真趋势优化参数范围，计算出最佳五次多项式曲线的参数精确范围，得出五次多项式伺服工艺曲线。

11、优选地，步骤s1中，所述三维有限元模型建立包括三维有限元网格划分和单元类型设置，其中，三维有限元网格的单元类型选用s4rt和c3d10mt；所述单元类型设置为壳单元，且打开几何非线性大变形开关；

12、优选地，所述材料参数包括板料参数、模型参数、模具参数，其中，所述板料参数包括不同温度下的应力-应变曲线、比热容、弹性杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、导热系数以及密度；所述模具参数包括不同温度下的弹性杨氏模量、泊松比、密度、屈服应力、导热系数以及比热容；所述模具参数设置为刚体。

13、优选地，步骤s2中，所述接触条件包括：板料与模具直接接触的热传导系数、板料的自身辐射系数以及摩擦系数；其中，所述板料与模具直接接触的热传导系数采用基于压强的热传导系数，所述板料的自身辐射系数通过下式计算获得：

14、

15、式中，表示玻尔兹曼常数，这里为5.6×10-11（mw/mm²·k）；表示板料的辐射率，这里为0.7；表示环境温度，这里设为25℃；表示板料的温度。

16、优选地，所述边界条件包括：限定下模固定六自由度以及上模向下运动固定距离。

17、优选地，所述场条件包括限定下模固定六个自由度、限定下模六个方向自由度、限定压边圈和上模y方向移动五个自由度、模具初步温度以及板料初始温度。

18、优选地，还包括：对仿真模拟结果进行验证。

19、本发明具备如下有益效果：

20、为了提高热冲压成形工艺中的产品冲压质量，以及降低整体冲压过程的能耗以达到节能制造的目标，本发明提供了一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法，通过五次多项式曲线输入方式改进伺服热冲压工艺中液压机滑块向下冲压过程，利用五次多项式曲线的全程无冲击效应，有效的控制并保持滑块向下冲压过程中的速度、加速度、加加速度的连续性，使得滑块位移过程无刚性冲击、无柔性冲击，有效的提高了生产产品的良品率、生产速度，有效的提高了液压机的使用寿命等。通过仿真和验证研究，验证了五次多项式曲线在热冲压过程中对零件温度、减薄率、冯-米塞斯应力的影响趋势，结果表明其是一种有效提高热冲压产品生产质量的工艺曲线控制方法，满足了热成形工艺提高产品质量、降低生产能耗的需求。

技术特征：

1.一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法，其特征在于，步骤s1中，所述三维有限元模型建立包括三维有限元网格划分和单元类型设置，其中，三维有限元网格的单元类型选用s4rt和c3d10mt；所述单元类型设置为壳单元，且打开几何非线性大变形开关。

3.根据权利要求1所述的一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法，其特征在于，所述材料参数包括板料参数、模型参数、模具参数，其中，所述板料参数包括不同温度下的应力-应变曲线、比热容、弹性杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、导热系数以及密度；所述模具参数包括不同温度下的弹性杨氏模量、泊松比、密度、屈服应力、导热系数以及比热容；所述模具参数设置为刚体。

4.根据权利要求1所述的一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法，其特征在于，步骤s2中，所述接触条件包括：板料与模具直接接触的热传导系数、板料的自身辐射系数以及摩擦系数；其中，所述板料与模具直接接触的热传导系数采用基于压强的热传导系数，所述板料的自身辐射系数通过下式计算获得：

5.根据权利要求1所述的一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法，其特征在于，所述边界条件包括：限定下模固定六自由度、以及上模向下运动固定距离。

6.根据权利要求1所述的一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法，其特征在于，所述场条件包括限定下模固定六个自由度、限定下模六个方向自由度、限定压边圈和上模y方向移动五个自由度、模具初步温度以及板料初始温度。

7.根据权利要求1所述的一种基于五次多项式优化的伺服冲压工艺曲线控制方法，其特征在于，还包括：对仿真模拟结果进行验证。

技术总结
本发明公开了一种基于五次多项式优化的伺服热冲压工艺曲线控制方法。本发明通过五次多项式曲线输入方式改进伺服热冲压工艺中液压机滑块向下冲压过程，利用五次多项式曲线的全程无冲击效应，有效的控制并保持滑块向下冲压过程中的速度、加速度、加加速度的连续性，使得滑块位移过程无刚性冲击、无柔性冲击，有效地提高了生产产品的良品率、生产速度，提高了液压机的使用寿命等。通过仿真和验证研究，验证了五次多项式曲线在热冲压过程中对零件温度、减薄率、冯‑米塞斯应力的影响趋势，结果表明其是一种有效提高热冲压产品生产质量的工艺曲线控制方法，满足了热成形工艺提高产品质量、降低生产能耗的需求。

技术研发人员：左权,刘琼,王芝发,杨晨,张力为,李磊,陈黄祥,付东生
受保护的技术使用者：合肥合锻智能制造股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14