摘 要：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的汽車前隔板成形工藝參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，減少破裂和降低起皺缺陷，為企業(yè)提供了最佳技術(shù)解決方案。

關(guān)鍵詞：前隔板;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);遺傳算法;參數(shù)優(yōu)化

0 引言

汽車覆蓋件形狀千差萬別，形狀的差別自然造成了沖壓工藝的不同。對于汽車覆蓋件沖壓成形這類變形力復(fù)雜，應(yīng)力應(yīng)變難以定量計算，在壓力機(jī)的安裝使用下很難控制變形過程。由于工藝參數(shù)值多、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)備精度的限制，模具零件加工質(zhì)量很難得到保證，很難單靠通過經(jīng)驗得到最佳的工藝參數(shù)值。在汽車覆蓋件優(yōu)化設(shè)計過程中，必須考慮使多個目標(biāo)在給定條件下均盡可能最佳的優(yōu)化問題，但這些目標(biāo)在實際加工生產(chǎn)時是相互矛盾的，即一個目標(biāo)的改變有可能引起另一個目標(biāo)的變化，如拉深壓邊力變化下，材料的缺陷破裂和起皺等問題的矛盾就很難平衡。

1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的汽車覆蓋件成形多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計集成系統(tǒng)的建立

沖壓成形數(shù)字化分析與優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)是要建立優(yōu)化問題、通過CAD/CAM進(jìn)行分析、利用軟件建立有限元模型進(jìn)行沖壓成形的數(shù)字化研究，在分析大量的結(jié)果過程中，對最終優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析比對，驗證優(yōu)化結(jié)果的有效性。其中多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化模塊更有針對性地解決技術(shù)上的問題。根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測，通過計算獲得迭代進(jìn)化過程中個體的適應(yīng)度值，采用具有全局收斂性的多種群并行遺傳算法，對所要優(yōu)化的問題采用基于Pareto遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。

在Pareto方法的平臺上的多目標(biāo)遺傳算法，通過求解多個局部目標(biāo)函數(shù)的最終確定最優(yōu)解，實現(xiàn)了基于CAD/CAM技術(shù)的優(yōu)化系統(tǒng)集成。本文通過試驗建立了一個集數(shù)字化、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法于一體的汽車覆蓋件優(yōu)化設(shè)計模型，構(gòu)建模具的成型部件尺寸和加工工藝的參數(shù)與優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射關(guān)系，通過模型的建立及變量的設(shè)定，個體適應(yīng)度值的實時快速求解，得到最佳的解體方案。

2 實例驗證

本項目以汽車前隔板零件為研究對象，產(chǎn)品三維圖如圖1所示，零件的表面形狀較為復(fù)雜且拉延深度較深。但由于其產(chǎn)品深度大，形狀公差要求嚴(yán)，所以往往是工藝難點。針對這一特點，工藝上采用了兩次拉延，為保證第一次拉延角部不破裂，工藝上采取了拉延前落料的工藝。對于法蘭面，拉延后由于進(jìn)料大，所以不能保證產(chǎn)品要求的平面度，故在拉延筋的同時，在翻邊壓筋工序上增加了校平工藝。由于法蘭邊上的筋和孔距離較近，為保證孔變形，所以單獨(dú)零件上的邊孔。零件的材料為沖壓鋼BLD，其板料厚度為0.8mm。根據(jù)其特點初步確定該零件的成形工藝流程為：拉延—切邊—沖孔，最后進(jìn)行翻邊和整形。確定了零件的工藝補(bǔ)充面和板料的尺寸后，需要對零件的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，成形過程的可控變量選擇拉延筋阻尼系數(shù)和壓邊力大小。前隔板有限元模型設(shè)計變量分布如圖2所示，在零件的分模面的外圍設(shè)置了一圈拉延筋，由于零件具有近似對稱的特點，將a1段的阻尼系數(shù)定義為f1，a2和a6的阻尼系數(shù)定義為f2，a3和a5的阻尼系數(shù)定義為f3，a4的阻尼系數(shù)定義為f4，整個試驗采用單因素試驗來初步確定成形工序中各段拉延筋阻尼系數(shù)和壓邊力大小的范圍，其中f1取值范圍為[10%—20%]，f2取值范圍為[10%—15%]，f3取值范圍為[10%—20%]，f4取值范圍為[10%—15%]，BHF取值范圍為[20kN—30kN]。

試驗設(shè)計法采用中心復(fù)合試驗，以拉延筋阻尼系數(shù)f1、f2、f3、f4和壓邊力大小BHF作為設(shè)計變量，以起皺趨勢函數(shù)、破裂趨勢函數(shù)和厚度不均勻函數(shù)作為結(jié)果響應(yīng)，建立正交中心試驗，得到數(shù)據(jù)在Dynaform中建立有限元模型，采用MATLAB編寫成形性評價指標(biāo)計算以獲取各成形缺陷的具體數(shù)值，形成完整的試驗設(shè)計矩陣。采用基于Pareto集的遺傳算法進(jìn)行約束條件下的多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化。

在選擇解的過程中，采用基于歐式范數(shù)的理想點法來確定最優(yōu)化工藝參數(shù)，最終獲取優(yōu)化工藝參數(shù)組合結(jié)果如下：

3 汽車覆蓋件模具整體抬料板設(shè)計

抬料板由前到后做成一個整體如圖3所示，料帶的所有工序都在一塊抬料板上送料，送料平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單。但設(shè)計時，要注意整體抬料板結(jié)構(gòu)會增加模具一定的加工和物料成本，還會增加模具寬度，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，在保證送料穩(wěn)定情況下，也減少后期改模成本，故綜合考慮。設(shè)計時抬料板盡可能減少避空，整體式抬料板通常自制導(dǎo)向裝置，這樣在實際生產(chǎn)過程中更快捷、高效。

4 結(jié)束語

將優(yōu)化后的最優(yōu)工藝參數(shù)組合試驗結(jié)果應(yīng)用到企業(yè)實際生產(chǎn)中，對其外觀檢測發(fā)現(xiàn)破裂缺陷已經(jīng)完全消除，零件成形性好，完全滿足實際工廠的生產(chǎn)要求。

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本課題為2018年東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金資助項目，項目編號：2018a09

作者簡介：曹會元（1972-），男，遼寧撫順人，本科，副教授，主要從事模具設(shè)計與制造方面教學(xué)研究工作。