基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的平臺(tái)的汽車(chē)前隔板成形工藝參數(shù)優(yōu)化研究

摘 要：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的汽車(chē)前隔板成形工藝參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，減少破裂和降低起皺缺陷，為企業(yè)提供了最佳技術(shù)解決方案。

關(guān)鍵詞：前隔板;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);遺傳算法;參數(shù)優(yōu)化

0 引言

汽車(chē)覆蓋件形狀千差萬(wàn)別，形狀的差別自然造成了沖壓工藝的不同。對(duì)于汽車(chē)覆蓋件沖壓成形這類(lèi)變形力復(fù)雜，應(yīng)力應(yīng)變難以定量計(jì)算，在壓力機(jī)的安裝使用下很難控制變形過(guò)程。由于工藝參數(shù)值多、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)備精度的限制，模具零件加工質(zhì)量很難得到保證，很難單靠通過(guò)經(jīng)驗(yàn)得到最佳的工藝參數(shù)值。在汽車(chē)覆蓋件優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須考慮使多個(gè)目標(biāo)在給定條件下均盡可能最佳的優(yōu)化問(wèn)題，但這些目標(biāo)在實(shí)際加工生產(chǎn)時(shí)是相互矛盾的，即一個(gè)目標(biāo)的改變有可能引起另一個(gè)目標(biāo)的變化，如拉深壓邊力變化下，材料的缺陷破裂和起皺等問(wèn)題的矛盾就很難平衡。

1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的汽車(chē)覆蓋件成形多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)的建立

沖壓成形數(shù)字化分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)是要建立優(yōu)化問(wèn)題、通過(guò)CAD/CAM進(jìn)行分析、利用軟件建立有限元模型進(jìn)行沖壓成形的數(shù)字化研究，在分析大量的結(jié)果過(guò)程中，對(duì)最終優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析比對(duì)，驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的有效性。其中多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化模塊更有針對(duì)性地解決技術(shù)上的問(wèn)題。根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)，通過(guò)計(jì)算獲得迭代進(jìn)化過(guò)程中個(gè)體的適應(yīng)度值，采用具有全局收斂性的多種群并行遺傳算法，對(duì)所要優(yōu)化的問(wèn)題采用基于Pareto遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。

在Pareto方法的平臺(tái)上的多目標(biāo)遺傳算法，通過(guò)求解多個(gè)局部目標(biāo)函數(shù)的最終確定最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)了基于CAD/CAM技術(shù)的優(yōu)化系統(tǒng)集成。本文通過(guò)試驗(yàn)建立了一個(gè)集數(shù)字化、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法于一體的汽車(chē)覆蓋件優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，構(gòu)建模具的成型部件尺寸和加工工藝的參數(shù)與優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射關(guān)系，通過(guò)模型的建立及變量的設(shè)定，個(gè)體適應(yīng)度值的實(shí)時(shí)快速求解，得到最佳的解體方案。

2 實(shí)例驗(yàn)證

本項(xiàng)目以汽車(chē)前隔板零件為研究對(duì)象，產(chǎn)品三維圖如圖1所示，零件的表面形狀較為復(fù)雜且拉延深度較深。但由于其產(chǎn)品深度大，形狀公差要求嚴(yán)，所以往往是工藝難點(diǎn)。針對(duì)這一特點(diǎn)，工藝上采用了兩次拉延，為保證第一次拉延角部不破裂，工藝上采取了拉延前落料的工藝。對(duì)于法蘭面，拉延后由于進(jìn)料大，所以不能保證產(chǎn)品要求的平面度，故在拉延筋的同時(shí)，在翻邊壓筋工序上增加了校平工藝。由于法蘭邊上的筋和孔距離較近，為保證孔變形，所以單獨(dú)零件上的邊孔。零件的材料為沖壓鋼BLD，其板料厚度為0.8mm。根據(jù)其特點(diǎn)初步確定該零件的成形工藝流程為：拉延—切邊—沖孔，最后進(jìn)行翻邊和整形。確定了零件的工藝補(bǔ)充面和板料的尺寸后，需要對(duì)零件的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，成形過(guò)程的可控變量選擇拉延筋阻尼系數(shù)和壓邊力大小。前隔板有限元模型設(shè)計(jì)變量分布如圖2所示，在零件的分模面的外圍設(shè)置了一圈拉延筋，由于零件具有近似對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)，將a1段的阻尼系數(shù)定義為f1，a2和a6的阻尼系數(shù)定義為f2，a3和a5的阻尼系數(shù)定義為f3，a4的阻尼系數(shù)定義為f4，整個(gè)試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)來(lái)初步確定成形工序中各段拉延筋阻尼系數(shù)和壓邊力大小的范圍，其中f1取值范圍為[10%—20%]，f2取值范圍為[10%—15%]，f3取值范圍為[10%—20%]，f4取值范圍為[10%—15%]，BHF取值范圍為[20kN—30kN]。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)法采用中心復(fù)合試驗(yàn)，以拉延筋阻尼系數(shù)f1、f2、f3、f4和壓邊力大小BHF作為設(shè)計(jì)變量，以起皺趨勢(shì)函數(shù)、破裂趨勢(shì)函數(shù)和厚度不均勻函數(shù)作為結(jié)果響應(yīng)，建立正交中心試驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)在Dynaform中建立有限元模型，采用MATLAB編寫(xiě)成形性評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算以獲取各成形缺陷的具體數(shù)值，形成完整的試驗(yàn)設(shè)計(jì)矩陣。采用基于Pareto集的遺傳算法進(jìn)行約束條件下的多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化。

在選擇解的過(guò)程中，采用基于歐式范數(shù)的理想點(diǎn)法來(lái)確定最優(yōu)化工藝參數(shù)，最終獲取優(yōu)化工藝參數(shù)組合結(jié)果如下：

3 汽車(chē)覆蓋件模具整體抬料板設(shè)計(jì)

抬料板由前到后做成一個(gè)整體如圖3所示，料帶的所有工序都在一塊抬料板上送料，送料平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但設(shè)計(jì)時(shí)，要注意整體抬料板結(jié)構(gòu)會(huì)增加模具一定的加工和物料成本，還會(huì)增加模具寬度，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在保證送料穩(wěn)定情況下，也減少后期改模成本，故綜合考慮。設(shè)計(jì)時(shí)抬料板盡可能減少避空，整體式抬料板通常自制導(dǎo)向裝置，這樣在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中更快捷、高效。

4 結(jié)束語(yǔ)

將優(yōu)化后的最優(yōu)工藝參數(shù)組合試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)其外觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)破裂缺陷已經(jīng)完全消除，零件成形性好，完全滿(mǎn)足實(shí)際工廠(chǎng)的生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]柳玉起.汽車(chē)覆蓋件沖壓成形CAE最新技術(shù)[J].中國(guó)車(chē)身制造與裝備技術(shù)交流，2009.

[2]劉林強(qiáng).油底殼整體拉深成形中的破裂現(xiàn)象研究[J].汽車(chē)工藝與材料，2004.

[3]段來(lái)根.多工位級(jí)進(jìn)模與沖壓自動(dòng)化[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[4]劉長(zhǎng)榮.基于UG系統(tǒng)汽車(chē)覆蓋件拉延模具設(shè)計(jì)的研究[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)，2007.

本課題為2018年?yáng)|莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2018a09

作者簡(jiǎn)介：曹會(huì)元（1972-），男，遼寧撫順人，本科，副教授，主要從事模具設(shè)計(jì)與制造方面教學(xué)研究工作。