摘要：針對(duì)方金屬板材在成形過程中易破裂問題，以方錐臺(tái)為試驗(yàn)制件，設(shè)計(jì)響應(yīng)曲面試驗(yàn)方案，對(duì)多點(diǎn)漸進(jìn)成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬，借助Ｄｅｓｉｇｎ?Ｅｘｐｅｒｔ，將成形工具頭直徑、進(jìn)給量、成形角、板厚作為分析因子，厚度減薄率φ與成形深度ｈ作為響應(yīng)因子，建立多元回歸破裂預(yù)測模型，對(duì)預(yù)測模型得到的最優(yōu)與最差工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬與試驗(yàn)，并對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：預(yù)測結(jié)果、數(shù)值模擬結(jié)果、試驗(yàn)結(jié)果在數(shù)值上非常接近，以方錐臺(tái)為對(duì)象構(gòu)建的破裂預(yù)測模型，可用于金屬板材破裂的預(yù)測，提高金屬制件成形質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：多點(diǎn)漸進(jìn)成形；預(yù)測模型；響應(yīng)曲面；數(shù)值模擬
ＤＯＩ：１０.１５９３８／ｊ.ｊｈｕｓｔ.２０１８.０１.００５
中圖分類號(hào)：TG306 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ
文章編號(hào)：1007-2683(2018)01-0023-07
引言
破裂是金屬板材在漸進(jìn)成形過程中最常見的問題[1]。針對(duì)該問題，國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)板材破裂進(jìn)行了大量的研究。李軍超等[2]通過采用均布策略和順逆相間的加工方式，有效的避免了在數(shù)值模擬過程中由于采用Ｇ代碼加工軌跡所造成的板材破裂等失穩(wěn)現(xiàn)象。文[3-4]闡述了縮頸在單點(diǎn)漸進(jìn)成形中的產(chǎn)生，并對(duì)比了兩點(diǎn)和單點(diǎn)漸進(jìn)成形這兩種成形工藝下制件的成形精度和成形極限，指出破裂成形極限曲線相比傳統(tǒng)的成形極限曲線更能準(zhǔn)確的描述破裂。Duc?ToanNguyen等[5-6]結(jié)合混合硬化法則和Oyane韌性破裂準(zhǔn)則通過數(shù)值模擬探討了工具頭直徑和下壓量對(duì)鎂合金韌性斷裂的影響，發(fā)現(xiàn)混合硬化法則能更加準(zhǔn)確的預(yù)測成形極限。Ja?cobSmith等[7]通過對(duì)比SPIF和ADSIF兩種成形工藝，發(fā)現(xiàn)ADSIF板材破裂的產(chǎn)生要滯后于單點(diǎn)漸進(jìn)成形。李磊等[8]通過四組破裂仿真和試驗(yàn)所得到的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，有效的預(yù)測了LY12(M)硬質(zhì)鋁板的成形極限。
本文采用了響應(yīng)曲面法，建立多元回歸方程，提出一種多參數(shù)預(yù)測金屬板材破裂的預(yù)測模型。并將成形深度ｈ作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)以成形深度ｈ為數(shù)學(xué)模型建立的過程進(jìn)行詳細(xì)分析。并對(duì)破裂預(yù)測模型進(jìn)行驗(yàn)證和尋優(yōu)，通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果來驗(yàn)證預(yù)測模型及尋優(yōu)所得的工藝參數(shù)組合的正確性。
１、試驗(yàn)?zāi)Ｐ图胺桨?/strong>
1.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/strong>
以方錐臺(tái)制件為目標(biāo)成形件，制件形狀參數(shù)毛胚邊長L0=300mm、成形區(qū)最大邊長L=200mm、高度H=60mm、成形角θ=45°，方錐臺(tái)制件示意圖如圖1所示。
圖１方錐臺(tái)制件示意圖
1.2?試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
將成形工具頭直徑D?進(jìn)給量ΔZ?成形角θ?板厚t0作為分析因子，將厚度減薄率Φ和成形深度h作為響應(yīng)因子[9]?由于漸進(jìn)成形工藝中進(jìn)給速度v對(duì)成形質(zhì)量影響較小[10]，在節(jié)省時(shí)間的前提下，進(jìn)給速度v設(shè)置為2500mm/min?
采用BBD工具箱來進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)尋優(yōu)，根據(jù)前期研究可知當(dāng)方錐臺(tái)制件成形到15mm，韌性值I=4時(shí)[11]，能夠較好的預(yù)測制件的破裂情況?因此當(dāng)方錐臺(tái)制件成形到15mm時(shí)，統(tǒng)計(jì)制件厚度減薄率φ;當(dāng)制件韌性值I=4時(shí)，統(tǒng)計(jì)制件成形深度h，如表1所示?
表1試驗(yàn)設(shè)計(jì)
２、破裂預(yù)測模型建立
2.1.響應(yīng)模型方差分析
選取二次方模型作為成形深度h的響應(yīng)模型,并對(duì)成形深度h二次方差響應(yīng)模型進(jìn)行方差分析，具體如表2?
表２模型的方差分析
由表2可知，F(xiàn)值為43.07意味該模型是顯著的，同時(shí)P>F值小于0.0001，表明模型只有0.01%的機(jī)會(huì)受到外界較大的干擾，因而該響應(yīng)模型可靠?C和B2的“P>F”值均小于0.0001，表明在板材多點(diǎn)漸進(jìn)成形中，成形角和進(jìn)給量對(duì)方錐臺(tái)制件所能達(dá)到的成形深度影響最大;一次項(xiàng)中各因素的“P>F”值從小到大排列依次為:C
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