金屬薄板低耗工藝優化方法分析范文

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摘要：在許多領域當中都需要運用到金屬薄板，而以往金屬薄板的成形工藝需要消耗較大的能量，并且容易出現質量缺陷，進一步增加了其生產的能耗，較大的能耗使得金屬薄板生產成本也隨之上漲，因此為了對此改善，文章主要探討一種有利于金屬薄板能耗降低，同時還能夠保障金屬薄板質量的低耗成形工藝，并通過半球形件拉深實驗來證實工藝的優化意義。

關鍵詞：金屬薄板；低耗成形工藝；半球形件拉深實驗

1金屬薄板低耗成形工藝評估體系

1.1評估指標

首先介于以往金屬薄板的生產與應用，其很容易出現拉裂、起皺等質量問題，如果出現此類問題就預示著金屬薄板件直接報廢，所以在金屬薄板評估體系當中，應當包括起皺率（用Fw代替）。其次金屬薄板在應用時的能效取決于其薄度，如果薄度不足，就可能導致金屬薄板無法應用，所以在金屬薄板評估體系當中，應當包括最大減薄率（用TMAX代替）。最終，因為在金屬薄板的生產過程當中，對金屬薄板的薄度要求越大消耗能源也就越大，所以出于本文研究目的，應當在金屬薄板評估體系當中選取成形能耗指標（用E代替）[1]。結合上述，起皺率主要由金屬薄板原材料的最大應變力與最小應變力絕對值相互比較得來，根據公式（1）的計算說明，起皺率越大金屬薄板原材料的最大應變力絕對值與臨界點越接近，當最大應變力超過臨界點則發生起皺；最大減薄率代表了生產過程當中，金屬薄板原材料的厚度變化最大值，即減薄率越低說明原材料厚度的變化就越小，否則相反，與此同時還說明原材料拉裂概率也會變小，由此可見減薄率越低，會給金屬薄板造成兩個方面的影響，即厚度可能無法達到生產要求，但有利于金屬薄板的質量；成形能耗就是金屬薄板生產中的消耗能源量，當成形能耗越大說明生產環境的友好性越低，對于成形能耗的計算，可以通過有限元仿真等方法獲取[2]。大應變率以及最小應變力的絕對值。

1.2金屬薄板低耗成形評價體系

金屬薄板低耗成形評價體系主要是指金屬薄板生產能耗與質量之間的綜合評定體系，在綜合考慮之下金屬薄板低耗成形評價體系的目標函數Y如公式（2）所示。公式（2）：Y=w1Tmax+w2Fw+w3E。式中w1、w2、w3代表Fw、TMAX、E的加權系數，同時根據前人研究了解到，w1、w2、w3相加等于1。為了對Fw、TMAX、E加權系數的權重進行評價，本文主要采用層次分析法來進行分析。在層次分析法之下，以Y作為目標層；以成形質量作為準則層；最大減薄率、起皺率、能耗量作為方案層，構建了層次分析法框架。在方案層當中，因為該層的內容會對金屬薄板成形工藝低耗評價目標函數造成影響，所以兩者存在管理，此時根據前人理論得出公式（3），之后再依照表1的強弱分配原則，得到準則層影響目標層的重要性矩陣與方案層對比準則層的對比矩陣公式（4）。表了強弱影響的5個等級，對應的wij取值見表1。在上述計算之下，本文結合一致性、隨機性實驗來滿足層次分析法的需求，此時就得到了Fw、TMAX、E在低耗成形評價目標函數當中的權重值：w1=0.2449，w2=0.5226，w3=0.2325。最終就得到了金屬薄板成形工藝低耗評價目標函數公式（6）：Y=0.2449+0.5226+0.2325。

2金屬薄板低耗成形工藝優化方法

2.1優化基礎條件

因為金屬薄板生產工藝較多所以不能一概而論，本文主要結合SUS201不銹鋼半球形件拉深工藝作為本文研究的基礎條件。研究當中首先構建了銹鋼半球形件拉深工藝的幾何模型，再通過Dynaform方法分析不同成形工藝參數對半球形件拉深的成形質量、能源消耗的影響，最終將上述金屬薄板低耗成形評價體系的基礎上，對各類影響進行評價，再根據評價結果對此工藝當中的各項參數進行優化。

2.2銹鋼半球形件拉深工藝參數分析

首先通過正交實驗對銹鋼半球形件拉深工藝當中的各因素進行分析，再針對各類因素進行計算得出其水平值。其次，以以下5個工藝參數為自變量：半球形件拉深速度；凹模圓角半徑；摩擦系數；壓邊力；金屬薄板原材料厚度，以以下3個影響因素為拉深成形工藝低耗評價指標：起皺率；最大減薄率、拉深能耗，即可得出正交試驗設計方案。正交試驗設計方案為5因素4水平方案，結合L16（45）=16方程模擬球形件拉深過程，最后進行正交試驗，此部分實驗結果如表2所示。通過Dynaform方法進行處理，得出最大減薄率、最大應變力、最小應變、成形能耗的具體數值，此時就得到了金屬薄板原材料的自變量對比成形工藝低耗評價指標結果，將此結果代入上述金屬薄板成形工藝低耗評價目標函數公式進行計算，即可得到低耗評價的目標函數。

2.3工藝參數優化方法

依照半球形件工藝要求，本文選取了1mm厚度的SUS201不銹鋼板作為實驗樣品，對其進行拉深實驗，實驗當中為了保障參數的最佳表現，本文設計了相應的實驗方法，具體如下所述。首先出于綜合考慮，在拉深工藝成形質量與能源消耗的相互影響關系之下，半球形件會因為不同的工藝參數而出現變化。通過實驗了解到，半球形件的拉深速度并不會對能量消耗造成明顯影響，但是拉深速度會對金屬薄板的變形質量造成影響，即拉深速度過快導致金屬薄板變形不充分，體現出應力分布過于分散的現象，如果拉深速度過慢，那么同樣導致金屬薄板變形不充分，體現出應力分布過于集中的現象。在此影響之下說明金屬薄板的Y會整體上升，因此在金屬薄板工藝優化中，拉伸速度的參數需要適當。其次為了得出具體參數，應當在此回到拉深工藝成形質量與能源消耗的相互影響關系之下，假設兩者均為1，拉伸速度對金屬板的變形影響會導致工藝成形質量下降，假設降至0.5，此時確定當前的拉伸速率，對其進行調整直至工藝成形質量再次為1，其中調整的數值即為工藝參數優化的參數，同時在能耗上也能得到保障。

3結束語

本文主要研究了金屬薄板低耗成形工藝優化方法，構建了金屬薄板低耗成形工藝評估體系，內容主要包括：評估指標、金屬薄板低耗成形評價體系。介紹了金屬薄板低耗成形工藝優化方法，內容包括：優化基礎條件、銹鋼半球形件拉深工藝參數分析、工藝參數優化方法。

參考文獻：

[1]秦利民，劉志峰.基于成形質量和能耗的金屬薄板成形工藝參數優化[J].制造技術與機床，2017（12）：35-40.

[2]龐龍鳳.基于正交試驗汽車前燈注塑工藝參數優化[J].塑料工業，2018（2）：27-30.

作者：郜少波 單位：河北勞動關系職業學院