汽车覆盖件成形工艺模具设计过程智能化技术的应用
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汽车覆盖件成形工艺模具设计过程智能化技术的应用
1 .汽车覆盖件成形特点及成形工艺条件分析
板料成形工艺方法主要有拉深、胀形、弯曲、翻边等。通常情况下，不同工艺方法的变形应力一应变状态会有很大的不同。有时候，即使是同一种工艺方法，当处于不同的条件下，如带压边的拉深和不带压边的拉深、有无拉深筋成形或拉深筋布置的不同，其应力一应变状态也不尽相同。正是因为诸多因素的影响，才使成形过程变得十分复杂。另外，在不同变形过程中，相同或相似的现象往往由不同的原因引起，如果不深人探讨其变形机理，就很难找到解决问题的正确途径。而目前对板料变形机理的研究大多还是简单的、规则的零件。对于复杂零件的变形问题，通常还是只能依靠领域专家的经验知识来加以解决。
汽车覆盖件是指班盖汽车发动机、底部、构成驾驶室和车身的用薄板冲压成形的表面零件和内部零件。与一般板料成形零件相比，汽车覆盖件大多数由复杂的空间曲面组成，具有材料相对厚度小、结构尺寸大、外形复杂、成形质量要求高等特点，成形时坯料上各部分的变形状态很复杂，而且各处的应力也很不均匀，一个零件的成形往往兼有拉深、胀形、翻边、弯曲等多种变形方式。在绝大多数情况下，其主成形工序是制造这类零件的关键，而且，为了防止因二次成形使零件局部变形不完整而造成覆盖件表面质量恶化，工艺设计中应尽可能用一道工序成形出覆盖件的基本形状。因此，在汽车覆盖件的主成形工序设计时，应特别注意协调好各部分材料的变形均匀性，既要保证零件上最大变形区材料的变形量不超过成形极限，避免材料被拉裂;又要保证变形量小的区域材料不发生弹性畸变，成形后零件有足够的刚度;同时还要防止坯料成形过程中可能出现的回弹、起皱、表面损伤及出现滑移线等成形问题。
鉴于汽车覆盖件形状的多样性和成形的复杂性，要获得理想的零件，在主成形工序设计中至少要考虑如下内容：
l )对汽车覆盖件进行科学分类，使每个类别具有相同或相似的成形工艺参数。例如对于浅平类零件(外车门、轿车行李箱盖外板等)，其主变形方式为胀形成形，因此都采用拉深槛来增加成形阻力，调整各个部位材料的变形流动状况，以减少工艺补充部分等等。
2 )根据不同类别的零件，有针对性地确定成形工艺参数，其内容包括拉深方向、工艺补充面、压边面、拉深筋或拉深槛、工艺切口及切边线位置等。2 .汽车顶盖件成形工艺模具设计智能系统结构
汽车覆盖件成形过程所涉及的工艺设计、模具设计等与经验密切相关，传统的覆盖件成形工艺和模具设计主要靠经验和试模来完成。随着汽车工业的发展，汽车镬盖件越来越复杂，形状和尺寸的精度要求也越来越高，传统的经验式设计方法已经很难保证覆盖件产品的质量。另外，反复的试模不仅增加了产品的开发费用.也延长了产品开发的周期，难以保证新车型的上市时间。因此，寻找一种快速、有效和可靠的技术来支持渡盖件成形工艺设计是目前的一个研究方向。随着CAD / CAE 以及Al 技术的发展，使得我们有可能在现有的软件平台上构筑一个汽车覆盖件成形工艺模具设计的集成环境，其总体框架和层次结构分别如图6 一33 和图6 一34 所示。一个集成环境至少要由以下四个部分组成：CAD 模块、工艺设计模块、数值模拟模块以及工艺评价和优化模块。
3 .基于事例的汽车覆盖件成形工艺设计方法 基于事例的推理(Case Based Reasoning , CBR )是近年来发展起的人工智能中的一种新的推理模式。它将以前的事例按一定的方式组织起来，存放于事例库中。在新情况出现后，即检索出相关的事例，当被检索出的相关事例与新情况不完全一致时，就需要对旧的事例进行修改，使其适合新的情况，得出新情况的预测或问题的解。
对于汽车覆盖件成形来说，通常很难准确地计算出零件的极限变形程度，不容易确定出所需的成形工序数和各工序间的工艺关系，加之覆盖件主成形工序一般在一道工序内完成.所以汽车覆盖件成形工艺设计时，一般需参考类似零件的现有工艺资料，这种设计模式和基于事例的推理方法非常类似。如果我们对已有的成功案例进行知识抽取，按照一定的分类方法进行分类，并总结出反映产品某一质量属性(如起皱、拉裂等)的工艺参数和几何参数之间的关系，就可以构造一个汽车硬盖件类知识库。这样，当我们进行一项新的零件成形工艺设计时，通过对比检索，首先对目标零件进行匹配归类，根据预先建立起来的该类知识(一般规则和参数关系)，制定出初步的成形工艺方案，由CAD 系统获得相应的成形工艺模型，然后利用CAE 系统的数值模拟方法对工艺方案进行合理性评价和优化，最终得到合理的成形工艺方案，这就是基于事例的汽车覆盖件成形工艺设计的运行机制。
4 .基于CAE 的事例建库与知识挖掘技术
建立事例库将碰到的主要问题是可供使用的事例太少，这将使以此为基础的推理失去意义。为了能快速增加事例库中的事例的数量，案例库对每次的分析结果进行记录，保留下有价值的参考资料。CAE 系统可以快速地对不同方案进行分析，既有计算优势，又可节约成本，经过反复试验，可积累大最的案例。为知识的挖掘提供强有力的基础。知识的挖掘可按一定的步骤进行，在机器学习过程中，如果某工艺方案合理，则把它作为成功的案例加以标识，并增加相关参数(类属性)的权值。对于同类零件成形工艺设计时，某一组标识参数设定的权值越大.则下一次设计时将优先考虑。当标识权值积累到一定的阑值，则该参数设定上升为一般性规则，作为同类零件成形工艺设计的前提条件。例如，对于油底壳零件，如图6 一35 所示，沿用上述的机制，我们在知识库中建立如图6 一36 所示的一组相关信息，当用户在进行油底壳零件成形工艺设计时，就可以获得参数选择的方向和有价值的建议。
5 .汽车覆盖件成形工艺参数特征模型的表示
由于汽车覆盖件的多样性，在设计时我们可能找不到一个可以参考的实例，就要从头开始一个设计。即使我们能找到一个可以参考的实例，在设计时也要重新协调各个工艺参数，如冲压方向、工艺补充面形状与尺寸、压料面形式、工艺切口、拉深筋、毛坯的形状和尺寸等等。因为设计是一个高度的创造性活动，特别对于覆盖件模具和工艺设计这么复杂的问题，所以我们应将计算机应用于它可替代的人的工作的方面，而不是寄希望于计算机能做所有的工作。在覆盖件的工艺设计中，对不同的具体设计应采用不同的方案.对于象工艺补充面的形状和尺寸、压料面形状这类比较复杂的问题，可通过CAD 系统开发· 些参数化几何特征作为工艺设计工具以简化操作过程，还可提供能评价设计的工具，及时修改不合理的设计，以免将不良的设计带人下一步设计。对于冲压方向、拉深筋设置、毛坯形状和尺寸等工艺要素，可以提供自动设计的工具，给出初始的设计方案。
作者：黄岩模具
