模糊信息优化技术在筒形件拉深CAPP中的应用

2003年7月第26卷第7期

重庆大学学报JOUrnaI Of ChOngging University

JUI. 2003 VOI. 26 NO. 7

文章编号：1000-582X （2003）07-0018-03

模糊信息优化技术在筒形件拉深CAPP 中的应用

何大钧，李华基，王孝培，罗永建

（重庆大学机械工程学院，重庆 400044）

*

摘 要：分析筒形件极限拉深系数的影响因素，运用模糊信息化技术优化工艺设计方案。使用塑性成形仿真软件模拟工件实例验证方案，用验证结果指导筒形件拉深CAPP 程序的内核设计。增强了CAPP 软件的灵活性和实用性。经实验验证，该项技术节省了人力、物力和财力，缩短了模具开发周期和降低了生产成本，开拓了一条仿真软件模拟、实验与理论相结合的筒形件拉深新工艺。

关键词：筒形件；拉深；模糊信息优化技术；CAPP 中图分类号：TG302

文献标识码：A

增加，危险断面的强度降低；凸模圆角半径r p 太大，则会减小传递凸模载荷的承受面积，还会减小凸模端面与材料的接触面积，增加坯料的悬空部分，易使悬空部

［3］

。分起皱

［m ］是筒形件拉深工艺设计中最关 极限拉深系数

键的问题，确定了［m \]值之后，拉深工艺中的其它参数就迎刃而解。由于模具工艺设计受多层次、多因素影响，并且过分依赖设计者经验，这样造成了当前模具CAD /CAPP 软件的设计“瓶颈”。将模糊数学思想应

［1-2］

用到拉深工艺设计中，以解决当前的问题。

1. 5 压边圈的影响

拉深筒形件时，一般只有外皱现象。采用压边圈是

1 影响筒形件极限拉深系数的因素

1. 1 材料力学性能的影响

影响板料极限拉深系数的力学性能参数主要是厚向异性指数R ，硬化指数I 。I 值反映了材料的加工硬化特性，对极限拉深系数具有异向影响。R 对极限拉深系数具有同向影响。1. 2

板料相对厚度的影响

板料相对厚度t /D （t ———板料厚度，D ———毛坯直径）越大，拉深系数m 就越小。1. 3

拉深次数的影响

由于塑性变形后冷作硬化的影响，随着拉深次数N 的增加，极限拉深系数［m ］的取值逐步增大。1. 4

凸、凹模圆角半径的影响

相对凹模圆角半径r d /t 的增大，减小了凹模圆角区坯料的弯曲与反弯曲应力，从而降低了筒壁传力区的拉应力；凹模圆角半径r d 过大，又会减小法兰区材料的有效压边面积，使法兰材料易于起皱。

凸模圆角半径r p 太小，材料绕凸模弯曲的拉应力

*

生产中用得最为广泛而行之有效的防止外皱措施。与不加压边圈相比，采用压边圈的拉深工序，其极限拉深系数［m ］可以取得小一些。1. 6

摩擦与润滑条件的影响

摩擦系数! 大，则压力引起的摩擦力大，板料滑过凹模圆角时由于板料对凹模圆角的正压力作用产生的摩擦力增大，两者都使筒壁拉力升高，降低了拉深成形极限。摩擦系数! 对拉深极限的影响十分显著。1. 7

模具单边间隙的影响

模具单边间隙c 应合理选取，如果间隙c 过小，就会增加摩擦力，使拉深件容易破裂，且易擦伤表面和降低模具寿命；如果间隙c 过大，易使拉深件起皱，且影响工件精度。

2

2. 1 2. 2

模糊优化的拉深CAPP 程序实现机制

程序实现的流程图

图1所示的是筒形件拉深CAPP 功能模块流程图。程序编制的一些规定说明

1）在实际生产中，低碳钢制品数量占相当大的比

收稿日期：2003-03-20

作者简介：何大钧（1940-），女，重庆大学教授，从事机械锻压工程领域的教学基础理论及应用研究。

第26卷第7期 何大钧等： 模糊信息优化技术在筒形件拉深CAPP 中的应用

19

第2层是影响极限拉深系数的7个因素。

第3层没有列在图中，它是第2层的具体影响因素。下面对该层因素说明如下：

相对厚度I X 100/D 分为9级，在用压边圈拉深时，按1. 5S I X 100/D S 2. 0，1. 0S I X 100/D 3. 0划分为3级。

拉深次数N ，按1~6级划分。由于首次拉深不考虑拉深次数的影响。所以实际上只有2~6次的划分。

图1

筒形件拉深CAPP 功能模块流程图

例。所以材料只选08、08F 、08A1、10、10F 、15、15F 钢这7种最常用的材料。

2）软件中的传统设计规则一律按《冲压手册》［3］

中的有关规定。

3）确定极限拉深系数m 时，主要考虑第一节中因素1. 2~1. 7。

4）在首次拉深判断中，N =1，不考虑冷作硬化的影响。

5）由于拉深一般是多次拉深，除最末一次拉深工序外，其它所有各次拉深工序中，取凸模圆角半径r p 等于凹模圆角半径r i 。

3 极限拉深系数影响因素的权重模型

运用层次分析法［4（］

Aiaiytic Hierarchy Process ，

简称AHP ）对上述因素进行分析，

如图2

所示：图2 影响极限拉深系数的因素权重分析

第1层是模型建立的目标层。

凹模圆角半径r i 是按13I S r i S 15I ，11I S r i

摩擦系数! 值对于低碳钢工件常用拉深摩擦系数为0. 08，0. 10，0. 12，0. 15，0. 18，0. 20，0. 22，0. 25共8种情况，基本上符合实际生产情况。

模具单边间隙c 划分为1. 00I ，1. 05I ，1. 10I ，1. 15I ，1. 20I 5种情况。

4 因素权重的确定

结合凹模圆角半径r i 的取值，介绍一下程序中是

如何评价给定的r i 值。以如图3所示的一个无法兰筒

形件拉深工序计算为例［5-6］

：

图3

筒形拉深件

材料为08钢，工件的毛坯直径D =78mm ，正常

工序设计查表知，首次极限拉深系数［m ］1=0. 50。

凹模圆角半径需要设计者根据工件情况给出其

值。例如给出r i =8mm ，

那么这个值在7级划分中属于哪一级，相对其它级别到底怎么样？设计者本人一般也是不知道r i 取多大比较合适。

首先有如下约定：1）以矩阵形式（如! =（f ij ）I Xm ）表达第1层次中各因素对上层某因素的相对重要性，并称其矩阵F 为模糊优先关系矩阵。其矩阵元素可按下述方法确定：

f ij =1. 0，如果因素U i 比因素U j 重要；f ij =0. 5，如果因素U i 与因素U j 同样重要；f ij =0，如果因素U i 比因素U j 次要；2）关于凹模圆角半径的规定如下：r i =0. 8（1）

其中：D ———毛坯初始直径；i ———凹模内径，i =D ・m 1，

20

m l ———正常判断查表查得的极限拉深系数。

则（l ）式又可写成

重庆大学学报 2003年

r i =0. 8l （2）将相关参数代入式（2），经圆整后得r i =5. 00mm 。那么

l5-l3t l3-ll t ll -9. 5t 9. 5-8t 8-6. 5t 6. 5-5t 5-3t

l5-l3t 0. 5l . 0l . 0l . 0l . 0l . 0l . 0

l3-ll t

00. 5l . 0l . 0l . 0l . 0l . 0

就认为r i =5. 00mm 所在的一级5t S r i

这样可以得到凹模圆角半径r i =8. 00mm 时的模糊优化关系矩阵! 如表l 所示的值。

8-6. 5t

00000. 5l . 00. 5

6. 5-5t

000000. 50

5-3t 00000. 5l . 00. 5

表l 模糊优化关系矩阵! ll -9. 5t 9. 5-8t

00000. 50l . 00. 5l . 0l . 0l . 0l . 0l . 0l . 0

将所得到的模糊优先关系矩阵! ，经模糊一致变

［4］

换和方根法，计算得到7级优度向量" l ；

" l =（0. 073，0. 098，0. l2l ，0. l44，0. l77，0.

T 2l0，0. l77）

显然，r i =8. 00mm 时，其优度值为0. l44。

5 结 论

运用相同的方法可以求得图l 中第3层中其余因素取值所对应的优度向量，从而形成一个优度矩阵#l X 6。

运用相同的方法求得第2层中的各因素的权重，权重矩阵" 6X l 。

#$" =S （3）

就可以得到相应将式（3）得到的S 值与S *值相比较，

的拉深系数m 。如果凹模圆角半径r i 、摩擦系数! 、模具所求得的m 值就会过大，这时，单边间隙c 取得不当，

程序就会分析并提示设计者修改相应参数，重新给定r i 、摩擦系数! 、模具单边间隙c 中之一或几个参数值。这样可以得到一个比较满意的极限拉深系数值。

S *可由人工神经网络计算或使用仿真软件模拟算例获得。文中使用的是后一种方法，给定工件拉深条件，使用DEFORM 软件仿真模拟以确定该条件下的极限拉深系数，进而得到相应的S *值，指导筒形件拉深CAPP 程序的内核设计。

l ）详尽分析了影响极限拉深系数m 的各种因素。在此基础上提出了运用模糊信息优化技术求解最优极限拉深系数m 值的方案。

2）利用先进的塑性成形仿真软件DEFORM 模拟工件实例来验证论文的解决方案。用模拟结果指导CAPP 软件模块的内核设计。先进仿真软件与理论的相互印证大大节省了实物试验所耗费的人力、物力和财力，缩短了模具开发周期和生产成本，开拓了一条仿真软件模拟、实验与理论相结合的新思路。

3）运用面向对象编程技术开发了可移植性强、界面友好、运行稳定的模糊优化拉深模具CAPP 软件模块。为实现传统工艺设计" 智能化" 迈出了重要的一步。参考文献：

［l ］ 于沪平. 模糊思想在模具设计中的应用初探［J ］. 金属成

l998，l6（4）：30-3l ，35. 形工艺，

［2］ 于沪平. 模糊数学在筒形件拉深工序设计中的应用［J ］.

锻压技术. l998，（l ）：l3-l5.

［3］ 王孝培. 冲压手册［M ］. 北京. 机械工业出版社. l990. ［4］ 姜青舫. 实用决策分析［M ］. 贵州. 贵州人民出版社. l985. ［5］ 王彩华，模糊论方法学［M ］. 北京：中国建筑工业出版

社，l987.

［6］ 李凡. 模糊专家系统［M ］. 武汉：华中理工大学出版

社，l995.

Application of the Fuzzy Set Theory

in CAPP for Drawing of the Cylindrical Cup

HE Da-jun ，LI Hua-ji ，WANG Xiao-pei ，LUO Yong-jian

（CoIIege of MechanicaI Engineering ，Chongging University ，Chongging 400044，China ）

Abstract ：Based on the possibIe factors on Iimiting the maximum deep-drawing height of the cyIindricaI cup ，the fuzzy

set theory is appIied in optimizing the deep-drawing process design and the simuIation software of metaI deformation is u-tiIized for the test of optimized design. The resuIt of the test directs the core design of CAPP for the deep-drawing of the cyIindricaI cup and improves the CAPP programef s fIexibiIity as weII as practicabiIity. Key words ：cyIindricaI cup ；deep-drawing ；fuzzy set theroy ；CAPP

（编辑 成孝义）

模糊信息优化技术在筒形件拉深CAPP中的应用

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

何大钧， 李华基， 王孝培， 罗永建重庆大学,机械工程学院,重庆,400044

重庆大学学报(自然科学版)

JOURNAL OF CHONGQING UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)2003,26(7)1次

1. 于沪平 模糊思想在模具设计中的应用初探 1998(04)2. 于沪平 模糊数学在筒形件拉深工序设计中的应用 1998(01)3. 王孝培 冲压手册 19904. 姜青舫 实用决策分析 19855. 王彩华 模糊论方法学 19876. 李凡 模糊专家系统 1995

1. 杨坤. 李健. YANG Kun. LI Jian 基于有限元方法的TA2筒形件多道次旋压成形过程[期刊论文]-塑性工程学报2010,17(2)

2. 吴振亭. 刘瑞秋. WU Zhenting. LIU Ruiqiu 基于数值模拟技术筒形件旋压工艺参数的分析[期刊论文]-热加工工艺2008,37(11)

1. 周驰. 黄珍媛. 阮锋 模糊集合运算在冲压件工艺特征判断中的运用[期刊论文]-锻压技术 2006(4)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_cqdxxb200307005.aspx