鋁合金薄板含膠滾壓成形工藝建模及實驗

機器人滾邊是車身門蓋件制造的重要工藝.利用機器人驅(qū)動滾輪，使外板翻邊部分逐段發(fā)生塑性變形從而將內(nèi)板壓合包住，實現(xiàn)內(nèi)外板連接.鋁合金材料大量應(yīng)用于車身和門蓋件中以實現(xiàn)輕量化，但其在滾壓發(fā)生大變形時易產(chǎn)生裂紋，因此需要采用多道次滾壓.一方面，滾壓工藝中引入的非金屬折邊膠，其理化性質(zhì)與金屬材料有較大不同，滾壓過程中易流動，且會與金屬板材產(chǎn)生異質(zhì)耦合作用.另一方面，相對于傳統(tǒng)模具壓合，機器人滾壓時板材逐段發(fā)生塑性變形，每個軌跡點的滾邊壓力和角度均發(fā)生變化，導(dǎo)致板材表面易產(chǎn)生波浪起皺、翹曲和縮進(jìn)漲出等缺陷，極大影響表面成形質(zhì)量.以上問題增加了含膠鋁合金滾壓成形機理及其成形質(zhì)量的研究難度.因此，面向門蓋件制造質(zhì)量持續(xù)提高，進(jìn)行鋁合金薄板含膠滾壓成形工藝建模及成形質(zhì)量控制研究具有良好的理論研究意義和工程應(yīng)用背景.

然而，在材料和物理化學(xué)屬性方面，滾壓膠黏劑與薄板金屬相差巨大；在滾壓過程中，膠層流動行為及其與金屬板材的異質(zhì)耦合作用，顯著增加了含膠滾壓成形數(shù)值模擬的研究難度.相對于滾壓道次研究，目前針對含膠薄板的滾壓工藝研究較少.李建軍等引入光滑粒子法模擬膠黏劑，建立含膠鋁合金薄板滾壓模型，研究了膠層黏度、擠壓速度和膠層厚度參數(shù)對成形質(zhì)量的影響.徐文歡研究了折邊膠在滾邊生產(chǎn)加工過程中的涂覆質(zhì)量和控制措施.綜上所述，目前滾壓工藝研究主要集中在異質(zhì)無膠薄板滾壓方面，而對于膠層引入后，如何模擬膠層流動以及如何定量研究膠層與金屬薄板交互作用等機理的研究較少.因此，亟需建立輕合金含膠滾壓成形數(shù)值模擬的有效模型.

為此，基于有限元-光滑粒子流體動力學(xué)法(FEM-SPH)建立鋁合金薄板含膠滾壓成形分析模型，進(jìn)行含膠鋁板兩道次滾壓數(shù)值模擬，并搭建雙滾輪機器人滾壓實驗系統(tǒng)進(jìn)行對比實驗，驗證所建模型的有效性.設(shè)計正交試驗研究TCP-RTP值、滾輪直徑、翻邊高度和圓角半徑4個關(guān)鍵工藝參數(shù)對滾壓成形質(zhì)量的影響及首末道次之間的質(zhì)量指標(biāo)變化.最后進(jìn)行工藝參數(shù)與質(zhì)量指標(biāo)之間的數(shù)據(jù)擬合，為含膠薄板滾壓成形機理及其質(zhì)量預(yù)測提供依據(jù).

1 含膠鋁合金薄板滾壓成形分析模型

為了研究引入膠層后的鋁合金薄板滾壓成形機理，提出基于FEM-SPH的含膠薄板滾壓成形分析模型，如圖1所示.其中，粒子近似式和罰函數(shù)接觸算法分別為

構(gòu)建警察高校實驗教學(xué)的基本管理體系，不僅必要，而且可行。建構(gòu)本身不是目的，關(guān)鍵在于實施、落實和應(yīng)用。力求通過實驗教學(xué)管理為主要途徑，培養(yǎng)和造就適應(yīng)新警務(wù)需要的新時代應(yīng)用型警務(wù)專業(yè)人才。

(1)

=

(2)

式中：〈()〉為任意函數(shù)()在粒子處的粒子近似式；、和分別為支持域內(nèi)粒子的質(zhì)量、密度和數(shù)量；=(-,)為核函數(shù)，具有多種形式，本文選用Abaqus中默認(rèn)的Cubic核函數(shù)；和為支持域內(nèi)的任意兩個位置向量點；為粒子支持域的光滑長度；為接觸剛度；為懲罰比例因子；為默認(rèn)主比例因子；為接觸面積；為接觸單元體積模量；為接觸體積.

在單一場景下,不考慮缺煤以及水電和火電機組出力的扣減,結(jié)合電網(wǎng)的基本數(shù)據(jù),對電力電量平衡分析模型進(jìn)行了仿真分析,得到了以下優(yōu)化結(jié)果。

以實驗與仿真相結(jié)合的方式，利用Abaqus 2019建立有限元仿真模型，進(jìn)行含膠薄板兩道次滾壓數(shù)值模擬.利用鋁合金薄板含膠雙滾輪滾壓對比實驗，驗證分析模型的有效性.研究滾壓工藝質(zhì)量，包括關(guān)鍵工藝參數(shù)對滾壓質(zhì)量的影響以及首末滾壓道次之間的質(zhì)量變化.最后進(jìn)行滾壓質(zhì)量預(yù)測，為實際生產(chǎn)中的滾壓成形工藝質(zhì)量控制優(yōu)化提供參考.

1.1 薄板滾壓變形分析

..多分析步設(shè)置 進(jìn)行滾壓工序設(shè)計，設(shè)置壓膠和滾輪進(jìn)給路徑，采用兩道次交叉滾壓進(jìn)給方式.首先，內(nèi)板下壓3.8 mm，模擬壓膠工藝，膠層由圓柱形膠條形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)填充內(nèi)外板間隙.然后滾輪向外板方向進(jìn)給，進(jìn)行首道次滾壓.最后雙滾輪圍繞中心旋轉(zhuǎn)180°，完成圓錐滾輪向圓柱滾輪的切換，開始末道次滾壓.在整個工藝過程中，不限制滾輪軸線方向的自由度，滾輪在與外板接觸的過程中能夠自由轉(zhuǎn)動，如圖5所示.

我國是一個多民族的大家庭，56個民族有56個民族情，各民族都有各民族的歌曲，各民族互相尊重，互相學(xué)習(xí)，互相交融，在歌曲中，民族情感鮮明而又充沛。因此歌唱家在演唱中，也注意充分表達(dá)民族情感，并以此打動聽眾，獲得成功。

當(dāng)前我國的危機礦山數(shù)目日益增多，國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)對礦產(chǎn)資源的需求不斷加大。2006年國家出臺了《國務(wù)院關(guān)于加強地質(zhì)工作的決定》，以支持地質(zhì)找礦工作的可持續(xù)發(fā)展。該決定提出: 要加快危機礦山和資源枯竭城市的接替資源勘查，大力推進(jìn)深部和外圍找礦工作，延長現(xiàn)有礦山服務(wù)年限。巨大的資源需求量使得深部找礦的研究意義重大。

1.2 FEM-SPH法

板材屬于連續(xù)體，利用傳統(tǒng)FEM可以較好分析其在受外載荷條件下的成形過程；而膠層屬于流體，其在滾壓時發(fā)生大變形，處于流動狀態(tài)，利用SPH法的模擬精度較高.SPH法是一種基于粒子的無網(wǎng)格拉格朗日法，利用FEM-SPH耦合法進(jìn)行含膠薄板結(jié)構(gòu)的滾壓仿真，將膠層離散為有限個帶有物質(zhì)屬性的粒子，通過支持域內(nèi)粒子核函數(shù)近似的形式求得粒子的物理屬性(見式(1)).

本文針對煙草企業(yè)的特點，基于目前主流的MES(Manufac?turing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng))技術(shù)，對煙草企業(yè)進(jìn)行信息化改造，提升企業(yè)的生產(chǎn)和管理效率，解決企業(yè)的實際需求。

1.3 多道次滾壓

=0184 2-0033 4+683×10+

2 鋁合金薄板含膠滾壓數(shù)值模擬

2.1 滾壓仿真建模

基于FEM-SPH進(jìn)行滾壓成形有限元仿真，以研究含膠鋁板滾壓變形規(guī)律.采用圓柱滾輪和圓錐滾輪雙滾輪分別進(jìn)行首道次和末道次滾壓，滾壓角度依次為45°和90°，幾何模型如圖4所示.其中，=0.8 mm和=1.0 mm分別為內(nèi)、外板厚，=5 mm為離邊距，=2 mm為內(nèi)外板間距，=104 mm 為胎模寬度，=20 mm、和分別為滾輪的寬度、直徑和小徑，為翻邊高度，為圓角半徑.此外，胎模長度為150 mm，滾輪錐度為45°，膠層直徑為4 mm.

鋁外板材料選擇鋁合金AA6016-T4，其在汽車外覆蓋件中應(yīng)用廣泛，化學(xué)成分組成和材料特性如下：彈性模量70 GPa，密度2.7 g/cm，泊松比0.3，屈服強度129 MPa，抗拉強度242 MPa，硬化指數(shù)(4%～6%)0.273，斷裂伸長率26.9%.

折邊膠選擇陶氏BETAMATE240G(一種單組分環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠)，常溫下為紅色糊狀物，可在常溫或30～60 ℃使用，密度為1.25 g/cm(23 ℃)，彈性模量為 2 200 MPa，黏度為250 Pa·s (23 ℃)，屈服強度為560 Pa，斷裂伸長率為0.04，固含量大于99%.

針對實際工藝中多道次滾壓方式的復(fù)雜性問題，在仿真程序里設(shè)置多個分析步，模擬初始的壓膠工藝和滾輪進(jìn)給方式以及切換滾輪運動；利用SPH法將膠層轉(zhuǎn)化為粒子，模擬膠層在滾壓階段發(fā)生的大變形.針對引入膠層導(dǎo)致的仿真時間變長和計算不收斂的現(xiàn)象，采用動態(tài)顯示分析結(jié)合質(zhì)量縮放方法，提升仿真速度的同時保障仿真精度.

在薄板件翻邊滾壓過程中，隨著彎曲程度的增大，板件會從彈性變形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄詮澢冃危鐖D2所示.在板件彎曲初始階段，外板件受拉，內(nèi)板件受壓，受力較小，板件發(fā)生彈性變形，滿足胡克定律；塑性變形發(fā)生在板件大變形處，滿足Tresca屈服準(zhǔn)則；在滾壓階段即將完成時，板料內(nèi)層、外層和中心的切應(yīng)力均大于屈服強度，板件進(jìn)入純塑性彎曲階段.

..網(wǎng)格劃分和SPH粒子轉(zhuǎn)換 所建滾壓模型以六面體網(wǎng)格為主，支持網(wǎng)格單元直接轉(zhuǎn)換為粒子，在外板折彎和滾壓處網(wǎng)格較細(xì)密，其他位置按網(wǎng)格由疏到密的趨勢單向劃分，如圖6所示.網(wǎng)格總數(shù)為 23 241，其中 21 500 個為C3D8R類型，1 703 個為R3D4類型，剩余為R3D3類型.

2.2 滾壓成形質(zhì)量指標(biāo)定義

滾壓成形質(zhì)量指標(biāo)選擇滾邊損耗量()和表面波浪系數(shù)()其中，值衡量滾壓后外板邊緣的橫向尺寸變化，正值表示縮進(jìn)，負(fù)值表示漲出，極大影響間隙面差其測量方法為在滾壓后外板邊緣均勻取個點，測量其到胎模邊緣線的距離(=1, 2, …，)，如圖7所示.計算公式如下：

(3)

47×10+0026 9,=089

(4)

3 含膠鋁板兩道次滾壓對比實驗

3.1 實驗系統(tǒng)搭建

在外板邊緣均勻取21個點，測量并計算滾邊損耗量和表面波浪系數(shù)，各點測量結(jié)果如圖12所示.實驗測量結(jié)果如表1和表2所示.表2中，實驗與仿真的兩道次滾壓成形質(zhì)量值最大誤差不大于11.9%，這可能是測量工具使用不當(dāng)造成的.從對比結(jié)果來看，仿真方法可行， 精度可以保證.

進(jìn)行3組含膠滾壓實驗仿真對比，實驗所用滾輪的直徑均為70 mm，TCP-RTP值依次為=1.5，2，2.5 mm，對應(yīng)=10，11，12 mm.此外，每組實驗同時設(shè)置無膠對照組，以探究膠層對滾壓成形質(zhì)量的影響.

3.2 實驗結(jié)果分析

雙滾輪滾壓實驗過程如圖11所示.初始階段為準(zhǔn)備階段，在內(nèi)外板之間涂敷一層陶氏折邊膠BETAMATE240G，內(nèi)板下壓擠壓膠層，用螺栓壓緊塊將含膠板材固定在胎模上；第2階段為首道次滾壓，使用圓錐滾輪；第3階段為末道次滾壓，機器人自由度和連接軸限制使得切換滾輪時連接軸向前進(jìn)給；第4階段為成形質(zhì)量測量，選擇多個點依次測量并計算出滾壓工藝的成形質(zhì)量指標(biāo)值.

為驗證仿真模型的有效性，搭建含膠鋁板雙滾輪滾壓實驗系統(tǒng)進(jìn)行對比實驗.所建滾壓實驗平臺由機器人及其控制系統(tǒng)、滾壓工具和夾具系統(tǒng)3部分組成，如圖9所示.其中，滾壓機器人為滾壓工藝主體，其通過控制滾壓工具的運動軌跡，按預(yù)設(shè)程序完成滾壓操作.要求其具有較高的定位精度、負(fù)載能力和靈活度，因此選擇KUKA機器人KR600 R2830.滾壓工具為安裝在機器人末端執(zhí)行器上進(jìn)行滾壓操作的設(shè)備，選擇圓柱滾輪與圓錐滾輪相結(jié)合的直軸雙滾輪為滾壓工具.夾具系統(tǒng)為將待滾壓的車身薄板件進(jìn)行定位和夾緊的裝置，選擇螺栓壓緊塊為夾緊方式，實驗平臺如圖10所示.

有膠和無膠的實驗對比結(jié)果如圖13所示.可知，相比于無膠滾邊結(jié)構(gòu)，有膠滾邊結(jié)構(gòu)的值和值均有減小趨勢，滾壓質(zhì)量得到提高同時，無膠滾邊結(jié)構(gòu)兩道次間的值和值逐漸減小.

4 滾壓成形質(zhì)量影響因素及首末道次間變化

4.1 工藝參數(shù)影響

在薄板滾壓中，工藝參數(shù)對滾壓成形質(zhì)量有很大影響.在驗證仿真模型的有效性后，進(jìn)一步研究關(guān)鍵工藝參數(shù)對滾壓質(zhì)量的影響.采用正交試驗法進(jìn)行多因素仿真試驗，如表3所示.仿真結(jié)束后，在外板邊緣和滾壓處分別均勻取21個點，刪去首尾兩端點和誤差較大的異常點，測量并計算值和值.

為了研究兩道次滾壓首末道次之間的關(guān)系，分別測量首道次和末道次的值和值.圖14為仿真試驗8的兩道次波浪系數(shù)對比.其中，為Mises應(yīng)力.可知，對于兩道次滾壓，首道次滾壓后的表面波浪程度較大，其值與末道次滾壓相比較大.

結(jié)合我國農(nóng)村的實際情況，建立信息數(shù)據(jù)庫。加大資金投入力度，充分發(fā)揮政府的職能，及時將最新的數(shù)據(jù)信息提供給廣大農(nóng)村地區(qū)[2]。要強化數(shù)據(jù)庫管理，保證農(nóng)業(yè)信息記錄的正確性，確保入庫信息真實、準(zhǔn)確，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息共享。同時，在實際工作中要合理運用農(nóng)村信息管理技術(shù)，保證農(nóng)民能夠在第一時間接收到相關(guān)信息，最大程度提高農(nóng)村經(jīng)濟(jì)管理的工作效率。

圖15為仿真試驗10的兩道次滾邊損耗量對比.可知，對于兩道次滾壓，與首道次滾壓完成時相比，末道次滾壓的值較小，即縮進(jìn)值較小.在末道次滾壓過程中，外板邊緣受到滾輪的擠壓力作用而產(chǎn)生向外擴展的趨勢，橫向尺寸變大.

圖16為正交仿真試驗兩道次滾壓質(zhì)量指標(biāo)變化趨勢.可知，除個別數(shù)據(jù)點外， 每一組仿真數(shù)據(jù)的變化趨勢相同：與首道次滾壓相比，末道次滾壓的值和值均較小，橫向尺寸有增大趨勢.

維護(hù)社會穩(wěn)定一直是“楓橋經(jīng)驗”的價值追求。尤其是隨著改革開放的深入，不斷涌現(xiàn)出的社會問題和矛盾，成為影響社會穩(wěn)定的重要因素。在當(dāng)?shù)攸h委政府的重視下，“楓橋經(jīng)驗”推陳出新，不斷加大各項維穩(wěn)投入，著力開展社會綜合治理和網(wǎng)格化管理，進(jìn)一步形成“小事不出村，大事不出鎮(zhèn)，矛盾不上交”的基層維穩(wěn)經(jīng)驗。面對群眾法治意識普遍提高，權(quán)利訴求更加強烈的新形勢、新情況，諸暨楓橋乃至整個紹興地區(qū)，創(chuàng)新社會管理理念和方式，注重民生改善和權(quán)益保護(hù)，在處置群體性事件、化解社會矛盾等工作中，偏重對公眾利益和權(quán)利的考慮，把傳承和發(fā)展“楓橋經(jīng)驗”推向一個新的高度。

對正交試驗仿真結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4所示.其中，為檢驗統(tǒng)計量，為分布分位數(shù)可知，在對值的影響程度方面，值最顯著，值和值次之，值最??；在對值的影響程度方面，值最顯著，值次之，值和值最小.

翻邊高度和TCP-RTP值對兩個質(zhì)量指標(biāo)的影響程度較大，對其進(jìn)行單因素分析，如圖17所示.每個工藝參數(shù)的取值均為4組，可進(jìn)行綜合對比研究.可知，在9～12 mm范圍內(nèi)，隨值增大，值逐漸增大，則波浪起皺程度逐漸增加；在1～2.5 mm范圍內(nèi)，隨值增大，值逐漸減小，則外板邊緣橫向尺寸增大.

4.2 含膠鋁合金薄板滾壓成形質(zhì)量預(yù)測

為準(zhǔn)確預(yù)測含膠薄板的滾壓成形質(zhì)量，利用多元擬合函數(shù)對上述仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行多變量擬合，探究滾壓質(zhì)量指標(biāo)與工藝參數(shù)之間的定量關(guān)系，得到的擬合關(guān)系如下：

板料滾壓成形屬于“多工步法”，道次數(shù)、各道次路徑及其角度均會影響板件塑性變形量的積累，從而影響板件的宏觀成形質(zhì)量和力學(xué)性能.多道次滾壓本構(gòu)關(guān)系的建立需要考慮中間卸載過程和不同硬化模型對滾壓成形精度的影響，并由此確定多道次的工藝參數(shù)，即滾壓的道次數(shù)、路徑和角度，如圖3所示.

值反映滾壓后外板在翻邊邊緣處較大幅度的波浪起皺現(xiàn)象，極大影響車身外觀和密封性能.其測量方法為在翻邊邊緣均勻取個點，測量其到胎模面的距離(=1, 2, …，)，將值的變化幅度定義為波浪起皺程度，如圖8所示.計算公式如下：

4)扭梢。從5月上旬開始，當(dāng)新稍長到20厘米左右時，可以在其基部5厘米左右半木質(zhì)化處進(jìn)行扭梢處理。富士品種扭梢后可促進(jìn)形成花芽。

(5)

=-0114 5-0018 8-153×10-

0052 4-472+409×10672+

3.3.1 LJ的演變。LJ或稱星級評價，是在HAPLR基礎(chǔ)上提出的一種新型評價體系。2009年，Keith Curry Lance與 Ray Lyons等人在美國圖書館雜志(Library Journal，簡稱LJ)上發(fā)表了關(guān)于星級評價體系的文章，介紹其相關(guān)的概念、指標(biāo)等[11]。星級評價根據(jù)IMLS所提供的數(shù)據(jù)，對公共圖書館進(jìn)行評價，以不同星級表示排名。

3.2.2 藥劑防治。對于發(fā)病老區(qū)，秧期對稻田噴藥是最關(guān)鍵有效的，一般3葉期及拔秧前各施一次藥。例如，用葉青雙、葉枯寧、消病靈及菌毒清等75～100 g/667 m2兌水50 kg噴霧，5～7 d施藥一次，持續(xù)兩三次［5］。

0177 6-01,=094

(6)

利用式(5)和式(6)可以預(yù)測特定工藝參數(shù)條件下的含膠鋁板滾壓成形質(zhì)量，為實際生產(chǎn)中的滾壓質(zhì)量控制優(yōu)化提供參考.

5 結(jié)論

(1) 提出一種基于FEM-SPH的含膠薄板滾壓成形分析模型，并利用雙滾輪滾壓對比實驗證明了所建滾壓仿真分析模型的有效性.

一般情況下，企業(yè)為了更好、更快速的提升自身預(yù)算工作開展質(zhì)量，首先需要做好的就是按照科學(xué)合理的論證方式解決問題，同時在問題解決期間滿足預(yù)算編制的時間需求，為后續(xù)完善的一套預(yù)算編制方案出爐奠定基礎(chǔ)。當(dāng)前時期下，部分企業(yè)在響應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)體制改革的同時，于預(yù)算管理方面也在朝向現(xiàn)代企業(yè)管理模式發(fā)展，但是受到傳統(tǒng)預(yù)算管理模式的影響，現(xiàn)階段的預(yù)算編制過程十分簡單，同時也不滿足預(yù)算編制的科學(xué)合理性，最終造成企業(yè)內(nèi)部推行的預(yù)算管理工作效果差強人意。

(2) 與首道次滾壓相比，末道次滾壓的值和值均較小，滾壓工藝成形質(zhì)量較好；與無膠相比，引入膠層后的值和值均具有降低趨勢翻邊高度對值的影響顯著，翻邊高度增加，值隨之增大；TCP-RTP值對值的影響顯著，TCP-RTP值增大，值隨之減小.

(3) 構(gòu)建滾壓成形質(zhì)量指標(biāo)與工藝參數(shù)之間的擬合關(guān)系式，進(jìn)行含膠鋁合金薄板滾壓成形質(zhì)量預(yù)測.

(4) 該含膠薄板滾壓成形分析方法所采用的平面直邊滾邊結(jié)構(gòu)較簡單，后續(xù)將進(jìn)一步深入研究不同滾邊結(jié)構(gòu)和膠層厚度等參數(shù)對滾壓工藝的影響.