[发明专利]一种基于急动度的伺服冲压速度控制方法

说明书

技术领域

本发明属于冲压成形技术领域，具体涉及一种基于急动度的伺服冲压速度控制方法，用于提升零件成形质量。

背景技术

冲压速度是板料成形的重要工艺参数，它对零件的成形质量和成形极限有很大影响。当冲压速度过大时，生产效率大大提高，但需要的成形力增大，噪声严重，而且材料的流动不充分，板料易出现拉裂现象；当冲压速度过小时，噪声小，材料的流动相对充分，成形极限和成形精度有所改善，但生产效率大大降低。

随着伺服电机的快速发展，冲压运动可以实现速度或位移精确可调。冲压运动的柔性可控是伺服压力机最主要的特征之一，通过采用不同的滑块运动曲线可以实现延长机器寿命、提高零件精度、降低噪声和提高生产率等多种目标。

目前，采用何种冲压运动方式使零件的成形性能最优还不清楚。在有限元模拟和试验中发现变速条件下，零件的成形极限、成形质量变好，如MORI等在“Springback behaviour inbending of ultra-high-strength steel sheets using CNC servo press”文章中提出通过二次冲击来控制板件弯曲工艺中的回弹缺陷，MATSUMOTO等在“Prevention of galling in forming of deep hole with retreat and advance pulse ram motion on servo press”文章中提出滑块逐级冲压运动曲线用于零件拉深，均有效消除了拉深零件的起皱缺陷，但变速运动方式大都采用样条曲线控制，并不具备数学特征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于急动度的伺服冲压速度控制方法，它能够实现位移、速度、加速度和急动度的连续可调，提升复杂及难成形零件的成形质量，减少生产噪声，提高压力机与模具寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于急动度的伺服冲压速度控制方法，包括以下步骤：

S1、建立待冲压零件的三维模型并导入有限元分析软件中；

S2、设置材料参数、边界条件、接触条件，并划分网格；

S3、设定位移幅值曲线数学表达式为x＝At³+Bt²+Ct+D，可得速度数学表达式为v＝3At²+2Bt+C、加速度数学表达式为a＝6At+2B、急动度数学表达式为j＝6A：

S301、因为急动度是一种会使材料产生疲劳的柔性碰撞，当急动度较大时，材料易产生疲劳，影响机器的使用精度，减少机器的使用寿命，故根据急动度数学表达式可知A的取值应较小，从而确定A的初步取值范围为0～1；

S302、闭模时加速度a应较小，以更加精确地控制凹模运动，准确地使凹模停止在下止点，为提高成形精度，故由A的初步取值范围推出B的初步取值范围为0～-3；

S303、闭模时速度v不宜过大，模具尚未开始运动时x＝0，闭模时x＝1，故由A、B的初步取值范围推出C的初步取值范围为1～3，D的初步取值为0；

S4、在A、B、C的初步取值范围内选取不同的值以设置不同的位移幅值曲线，提交计算；

S5、从计算结果中提取最大成形力、FLDCRT、最大减薄率的数据进行比较分析，最大成形力的数值越小越有利于减小压力机的吨位，FLDCRT的数值越小越不接近破裂而有利于提高板料的成形极限，最大减薄率的数值越小越有利于厚度的均匀分布，故选取最大成形力、FLDCRT、最大减薄率数值较小的几组曲线，确定A、B、C的优化取值范围，从而获得能够提升冲压质量、延长模具和压力机寿命的伺服冲压速度曲线，以使板料成形性能最优。

按上述技术方案，步骤S2中设置材料参数具体包括：模具设为刚体，板料设为变形体并赋予材料属性，材料属性包括各温度下应力应变曲线、各温度下FLD曲线、密度、杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、导热系数和各向异性系数。

按上述技术方案，步骤S2中设置边界条件具体包括：凸模固定不动，凹模由冲压运动曲线确定，采用速度由大到小的冲压运动曲线。

按上述技术方案，步骤S2中设置接触条件具体包括摩擦系数、膜层散热系数、接触换热系数和发射率。

按上述技术方案，步骤S2中网格类型为温度-位移耦合单元。

按上述技术方案，步骤S5中，A的优化取值范围为0.2～0.6，B的优化取值范围为-0.7～-1.7，C的优化取值范围为1.5～2.1，D的优化取值为0。