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智能化冲压技术的发展

2022-11-01 13:14:44

      冲压是靠冲压设备和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形

加工方法。冲压件主要是将金属或非金属板料,借助压力机的压力,通过冲压模具冲压加工成形的产品件。


      

      冲压件加工制造业,是机械制造业的重要组成部分之一,精密制造是先进制造的重要基础。为实现制造强国的战略目标,国家相继出台《中国制

造2025》、《装备制造业标准化和质量提升规划》、五大工程落实方案等一系列产业政策,促进制造业向先进制造转型,其中装备制造业、精密电子

零部件制造均是政策重点支持的领域,为冲压件行业的发展带来良好的发展机遇。2015年我国冲压件市场规模达到了4031.7亿元,2021年上升至了

5180.6亿元。


       

      随着市场需求的发展,当前冲压件将朝成本更低、交期更短、精密程度更高方向发展:同时为解决轻量化问题,新型定制材料、超高强度板、复合

型铝材将大规模应用于车身各个部位。此外,为降低汽车制造成本,减少零件数量,零部件的集成化程度不断提升,从而使成形过程更复杂。为应对市场

需求的变化,未来金属冲压成形技术将朝以下几个方向发展:


①冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的模拟技术将

在实用化方面取得广泛应用,并与数字化制造系统很好地集成。人工智能模拟技术、智能化控制将可以在设计阶段完成复杂形状零件成形过程,规避

成形过程中的缺陷,从而减少模具调试次数,实现产品的复杂化。也就是说冲压成形技术将主要是朝智能成形模拟、高速化生产与高精度化发展。因此

从设计技术来说,发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用,形成特有的经验数据并持续提高效率及准确率,特别是板材成型过程的计算机

模拟分析技术。

②随着市场需求的不断增加,冲压件规模化生产应运而生,这使得成形技术朝自动化方向发展,自动化生产要求模具寿命更长,生产效率更高。

③产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有较大发展,以便从产品初步设计甚至构思时起,就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度作

出快速分析评估。

④冲压技术将具有更大的灵活性或柔性,以适应未来小批量、多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势,加强企业对市场变化的快速响应

智能化技术目前在冲压的应用中具有至关重要的作用,可以有效地推动冲压零件的高效高质生产,同时也可以对机械设备进行智能化监控和使用。

      所谓智能化冲压, 乃是控制论、 信息论、 数理逻辑、 优化理论、 计算机科学与板料成形理论有机相结合而产生的综合性技术。冲压智能化是冲压成形过程自动化及柔性化加工系统等新技术的更高阶段。其令人赞叹之处是能根据被加工对象的特性, 利用易于监控的物理量, 在线识别材料的性能参数和预测最优的工艺参数, 并自动以最优的工艺参数完成板料的冲压。这就是典型的板料成形智能化控制的四要素: 实时监控、 在线识别、 在线预测、 实时控制加工。




      智能冲压从某种意义上说, 其实是人们对冲压本质认识的一次革命。它避开了过去那种对冲压原理的无止境探求, 转而模拟人脑来处理那些在冲压中实实在在发生的事情。 它不是从基本原理出发, 而是以事实和数据作为依据, 来实现对过程的优化控制。智能化控制的当然是最优的工艺参数, 故最优的工艺参数确定是智能化控制的关键所在。所谓最优工艺参数, 就是在满足各种临界条件的前提下所能够采用的最为合理的工艺参数。要实现最优的工艺参数的在线预测, 就必须对成形过程的各种临界条件有明确的认识, 并能够给出定量的准确描述, 在此基础上才能够确定智能化的控制。而定量描述的精度又决定着智能化系统的识别精度和预测精度。 这就表明系统的识别精度、预测精度和控制精度均依赖于定量描述精度的提高, 故要不断予以修改、 提高。且检测精度、 识别精度、 预测精度和监控精度系统本身也要不断完善提高。 这样, 智能化冲压才能达到应有的水平。

       研究表明在拉深过程的智能化控制中, 最优工艺参数的预测最终归结为压边力变化规律的确定, 而压边力的控制又基于压边力的预测研究。 预测拉深成形压边力的传统方法主要有两种: 实验法和理论计算法。近年来又把人工神经网络和模糊论等人工智能理论引入压边力最佳控制曲线的预测研究中, 目前变压边力控制技术已成为学术界和工业界的一个研究热点。而压边力变化规律的理论根据就是确定起皱或破裂的临界条件, 进一步研究还表明, 对锥形件拉深而言, 起皱区几乎被侧壁起皱区所包围, 故克服了侧壁起皱同时也就克服了冲压件起皱, 所以对锥形件拉深来说, 其主要矛盾集中于工件破裂和侧壁起皱。故其压边力大小范围要控制在侧壁不起皱(最小极限)和侧壁不破裂最大极限)之间。




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