高強(qiáng)鋼冷彎成型產(chǎn)品形狀在線修正的研究

陳學(xué)旺

摘要：一種高強(qiáng)鋼冷彎成型產(chǎn)品件回彈控制裝置，包括對(duì)應(yīng)設(shè)置的兩輥輪支架，兩輥輪支架共同支撐上軸、下軸和支撐立板，下軸安裝成型輥輪，所述上軸設(shè)有斜輥輪安裝塊，斜輥輪安裝塊下部裝配斜輥輪，斜輥輪與成型輥輪的位置上下對(duì)應(yīng);所述支撐立板的兩端分別與各輥輪支架固定，支撐立板上設(shè)有立軸輥輪安裝板，立軸輥輪安裝板上裝配立軸輥輪，立軸輥輪的高度位置與斜輥輪匹配。采用本發(fā)明，可對(duì)冷彎變形的產(chǎn)品件進(jìn)行在線控制回彈，使所加工的高強(qiáng)鋼產(chǎn)品件達(dá)到符合質(zhì)量要求的成型效果。此外，本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、調(diào)整精度高的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼;回彈控制裝置;匹配;特點(diǎn)

一、研究的目的和意義

板材彎曲成型是板材成型的一種重要方法，在汽車、輪船、航空航天、電器、兵器等領(lǐng)域的應(yīng)用極其廣泛。但是，當(dāng)今制造業(yè)市場(chǎng)的趨勢(shì)是提高生產(chǎn)率以及產(chǎn)品質(zhì)量，要求設(shè)計(jì)者不僅要縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，而且制造者要縮短產(chǎn)品制造的周期。在板材的彎曲成型過程中，由于幾何非線性和材料非線性的存在，而且不同批次，不同廠家，不同規(guī)格的板材，其組織性能亦存在著差異，在這些因素的共同影響下，導(dǎo)致板材的成型過程無(wú)法精確的控制，成型結(jié)果難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，因而必會(huì)延長(zhǎng)試模時(shí)間和產(chǎn)品開發(fā)周期[1]。因此，本課題建議研發(fā)一種在線控制系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過程中由于材質(zhì)的因素而造成的彎曲角度偏差進(jìn)行在線補(bǔ)償，利用LabVIEW軟件仿真角度在線控制器，并且通過角度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的成型角度，從而降低對(duì)材質(zhì)本身的依賴性用以提高產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。

二、板材彎曲成型的研究現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

彎曲回彈是指薄板成型之后當(dāng)外載荷卸去后由彈性變形引起的形狀改變。板材在加載時(shí)產(chǎn)生的變形由彈性變形和塑性變形兩部分組成，當(dāng)外載卸去后，彈性變形會(huì)消失，而塑性變形被保留下來，從而板材的形狀發(fā)生了與加載時(shí)相反的變化。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)回彈的控制變得越來越重要。該課題國(guó)內(nèi)外的研究狀況，可以從文獻(xiàn)庫(kù)的搜索結(jié)果得知大概，從“bending” 、“springback”的檢索結(jié)果來看，近十年來發(fā)表文章數(shù)量增長(zhǎng)顯著，說明它漸漸成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。但是區(qū)域分布來看，國(guó)內(nèi)研究較少，成果主要集中在少數(shù)幾個(gè)研究者。

三、 Creo、LabVIEW簡(jiǎn)介

1、 Creo簡(jiǎn)介

Creo是PTC公司在2012年8月底發(fā)布的設(shè)計(jì)軟件包，它具備互操作性、開放、易用三大特點(diǎn)， 它幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)用2D，3D的模型創(chuàng)建，分析和直觀的觀察設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。在產(chǎn)品生命周期中，不同的用戶對(duì)產(chǎn)品開發(fā)有著不同的需求，Creo解決了困擾制造企業(yè)在應(yīng)用CAD軟件中的四大難題：軟件的易用性、互操作性、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題、裝配模型滿足復(fù)雜的客戶配置需求。它采用全新的方法實(shí)現(xiàn)解決方案，提供一組可伸縮、可互操作、開放且易于使用的機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，為設(shè)計(jì)過程中的每一名參與者適時(shí)提供合適的解決方案。

2、 LabVIEW虛擬儀器控制程序簡(jiǎn)介

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）稱為虛擬儀器程序，是由美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）研制開發(fā)的圖形化程序編譯平臺(tái)，發(fā)明者為杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky），程序最初于1986年在蘋果計(jì)算機(jī)上發(fā)表。LabVIEW與其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G語(yǔ)言編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，可以對(duì)軟件對(duì)象進(jìn)行圖形化的組合操作，是一種直覺化的圖形編程系統(tǒng)。LabVIEW開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科研人員快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助用戶解決編寫代碼過程中可能出現(xiàn)的實(shí)際問題，提高生產(chǎn)效率，在數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)控制，過程監(jiān)控，自動(dòng)測(cè)試和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

LabVIEW的程序/子程序被稱為虛擬儀器（VI）。每個(gè)VI包括三個(gè)部分：前面板（Front Panel）、程序框圖（Block Diagram）和圖標(biāo)/連接器（Icon/Connector）。前面板提供眾多輸入控件和顯示控件用于創(chuàng)建用戶界面，模擬真實(shí)儀器。輸入控件指旋鈕、按鈕、轉(zhuǎn)盤等輸入裝置，用于設(shè)置輸入?yún)?shù);顯示控件指圖形、指示燈等輸出顯示裝置，用于向用戶提示狀態(tài)或輸出數(shù)據(jù)等?？驁D中的部件可以看成程序節(jié)點(diǎn)，這些部件都用連線鏈接，以定義框圖中的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。連接器是用來供其他的程序框圖調(diào)用本VI之用。程序員可以利用前面板上的控制控件將數(shù)據(jù)輸入正在運(yùn)行的VI，或者用顯示控件將運(yùn)算結(jié)果輸出。世界上有成千上萬(wàn)的科研人員成功地使用LabVIEW解決了工作中的各種問題。

本次研究中，主要運(yùn)用LabVIEW模擬板材冷彎成型在線修正的控制器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)成型誤差的在線修正。

四、主要研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線

1、主要研究?jī)?nèi)容

本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）以寬板V型彎曲成型為研究對(duì)象，對(duì)彎曲成型及回彈過程進(jìn)行理論分析，了解板材彎曲成型的內(nèi)部機(jī)理;（2）對(duì)沖壓機(jī)械進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，同時(shí)加工出實(shí)物模型;（3）建立在線控制器的數(shù)學(xué)模型，為在線修正控制系統(tǒng)提供可靠的模型支持，學(xué)習(xí)并練習(xí)使用LabVIEW軟件，了解其各項(xiàng)功能，用其對(duì)控制器進(jìn)行仿真;（4）設(shè)計(jì)一套高精度、低成本的角度測(cè)量傳感器，對(duì)板材的成型角度進(jìn)行測(cè)量;（5）將各個(gè)部分連接起來，進(jìn)行調(diào)試，最終完成冷彎成型在線修正系統(tǒng)的搭建并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行收集，分析，處理。

2、研究的技術(shù)路線

根據(jù)前面所述，所示的板材V型彎曲成型在線修正系統(tǒng)， 通過一個(gè)閉環(huán)反饋控制對(duì)成型角度偏差自動(dòng)修正，它由三部分組成：控制器，角度傳感器和沖壓機(jī)械。首先將板材的目標(biāo)彎曲角度輸入控制系統(tǒng)，控制器會(huì)向電機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào);電機(jī)帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使上下沖壓模對(duì)板材進(jìn)行沖壓成型，頂模將板材壓向底模的下部，假設(shè)底模輪廓是弧形的，這樣可以避免板材接觸底模的底部。角度傳感器對(duì)成型角度進(jìn)行測(cè)量，并通過閉環(huán)反饋與目標(biāo)角度進(jìn)行比較，若角度誤差在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，則加工結(jié)束，否則繼續(xù)對(duì)產(chǎn)品角度進(jìn)行修正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 官英平.板材V型自由彎曲智能化控制技術(shù)的研究[D].燕山大學(xué)博士學(xué)位論文

[2] 余同希，張亮熾，塑性彎曲理論及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1966：312-319