中国石油大学 机械设计制造及其自动化 毕业设计开题报告

本科毕业设计(开题报告) 题目：高强钢冷弯成型产品形状在线修正的研究

学生姓名：

学号：

专业班级：机械设计制造及其自动化10-5班

指导教师：

2014年 3月20日

目录

一研究背景 (1)

二研究的目的和意义 (1)

三板材弯曲成型的研究现状及国内外发展趋势 (2)

3.1 弯曲成型的理论研究 (2)

3.2 弯曲回弹的预测方法 (2)

3.2.1 有限元数值模拟方法 (2)

3.2.2 人工神经网络方法 (3)

3.3 弯曲回弹的控制方法 (3)

3.3.1 自适应控制 (4)

3.3.2 数据库的应用 (4)

3.3.3 神经网络的应用 (5)

3.4弯曲成型的发展趋势 (6)

四Creo、LabVIEW简介 (6)

4.1 Creo简介 (6)

4.2 LabVIEW虚拟仪器控制程序简介 (7)

五研究的主要内容、技术路线 (8)

5.1主要研究内容 (8)

5.2研究的技术路线 (8)

六研究进展计划 (9)

参考文献 (10)

一研究背景

本课题主要针对板材弯曲成型过程中存在的突出问题—弯曲回弹无法精确控制，对弯曲成型产品在线修正进行理论及工艺研究。

二研究的目的和意义

板材弯曲成型是板材成型的一种重要方法，在汽车、轮船、航空航天、电器、兵器等领域的应用极其广泛。但是，当今制造业市场的趋势是提高生产率以及产品质量，要求设计者不仅要缩短产品设计的周期，而且制造者要缩短产品制造的周期。在板材的弯曲成型过程中，由于几何非线性和材料非线性的存在，而且不同批次，不同厂家，不同规格的板材，其组织性能亦存在着差异，在这些因素的共同影响下，导致板材的成型过程无法精确的控制，成型结果难以准确预测，因而必会延长试模时间和产品开发周期[1]。

以汽车制造业为例，汽车车身中大部分的板材成型都涉及到弯曲成型，如纵梁、横梁、内外板等。目前，为达到节能减排的目的，世界上各大车厂纷纷采用高强钢作为汽车的结构件。一方面由于强度的提高，在保证安全性的前提下可以有效地减轻车辆的总体重量，使汽车向轻量化方向发展；另一方面，如果结构合理，也大大地提高了车辆的安全性。可是，在目前的技术水平下，随着材料强度的提高，一些新的问题也同时产生，其中主要制约着高强钢应用的影响因素包括：材质本身的延展率大为降低；钢材的强度偏差越来越大，难以控制。延展率的降低对板材成型的方法提出挑战，而强度的高偏差却使产品的质量成为问题。板材弯曲成型后由于残余应力及弹性恢复的作用会产生回弹现象，直接影响了产品的品质，如使用可靠性、外观质量、性能等，高废品率也使生产厂家对高强钢产品的制造和应用望而却步。

基于对现行弯曲成型技术的研究成果以及对板材材料特性的理解，本课题建议研发一种在线控制系统，对生产过程中由于材质的因素而造成的弯曲角度偏差进行在线补偿，利用LabVIEW软件仿真角度在线控制器，并且通过角度传感器实时监测产品的成型角度，从而降低对材质本身的依赖性用以提高产品质量和成品率。本课题的意义：一是可以有效地提高产品质量，提高中国车辆的安全性，达到节能减排的目的；二是可以提高中国冷弯型钢的总体技术水平，对提高中国的加工制造水准具有重要意义。

通过本次研究，我在下述基本能力上可以得到培养和锻炼：

①闭环控制系统的设计；

②LabVIEW软件的学习以及同实际生产的结合；

③板材成型角度传感器的设计；

三板材弯曲成型的研究现状及国内外发展趋势

弯曲回弹是指薄板成型之后当外载荷卸去后由弹性变形引起的形状改变[2]。板材在加载时产生的变形由弹性变形和塑性变形两部分组成，当外载卸去后，弹性变形会消失，而塑性变形被保留下来，从而板材的形状发生了与加载时相反的变化。在实际生产中，对回弹的控制变得越来越重要。该课题国内外的研究状况，可以从文献库的搜索结果得知大概，从“bending”、“springback”的检索结果来看，近十年来发表文章数量增长显著，说明它渐渐成为一个研究热点。但是区域分布来看，国内研究较少，成果主要集中在少数几个研究者。

3.1 弯曲成型的理论研究

弯曲成型可以用解析方法对其研究。20世纪50年代，R. Hill、F. Proska、F. J. Gardiner 等人的研究奠定了板材弯曲及回弹的理论基础[3]; 60至70年代，许多学者以Hill理论为基础对板材弯曲进行了深入研究，采用强化材料模型，对弯曲过程中各变量的变化有了更加准确的描述;Huang M等人[4]对50年代至80年代众多学者的回弹研究做了详尽的回顾与评述;80年代以后，弯曲及回弹理论研究向多方面发展，如考虑多向受力状态；Z. T. Zhang[5]的研究基本上代表了90年代弯曲理论研究的最新进展。

弯曲的基本理论模型有两大类：一类是以平截面假设和单向应力假设为基础的工程理论模型，该模型未考虑径向应力，认为弯曲过程中应力中性层、应变中性层始终和几何中心面相重合[1]；另一类是Hill的精确塑性理论模型[6]，该模型考虑了中性层内移和径向应力的影响，对刚塑性宽板纯弯曲问题进行了研究，更接近板料弯曲的真实情况。

3.2 弯曲回弹的预测方法

弯曲回弹产品的最终形状与材料的性能参数，模具的几何参数以及成型过程等有着很大的关系，为了使产品的形状和尺寸达到设计要求，就要对模具的形状和尺寸进行补偿，这个补偿值就取决于回弹量的大小及分布情况，因此必须对回弹进行精确的预测。目前来说，弯曲回弹的预测方法主要有以下两种:

3.2.1 有限元数值模拟方法

经过几十年的发展，有限元软件技术已经日渐成熟，如DANYFORM、LSDANY、PAMSTAMP、AUTOFORM等板材冲压成型数值模拟软件，数值模拟方法已成为板材成型中预测回弹的重要手段。板材成型的有限元数值模拟技术开始于20世纪70年代，30