一种高强钢轮辐中心孔翻边冲模锥角角度优化方法

摘要

本发明属于车轮轮辐制造领域，具体是一种高强钢轮辐中心孔翻边冲模锥角角度优化方法。主要解决高强钢轮辐中心孔翻边时存在的翻边开裂等技术问题。本发明通过建立正确的有限元模型模拟实际轮辐中心孔翻边过程，选择合适的韧性断裂准则描述翻边成形时材料的开裂行为，并通过设计合适的算法，进行锥角角度的优化，从而将锥角的角度从预先设定的一个宽区间优化缩小为长度小于设定标准的目标区间，所获区间为理论最优锥角角度所在区间。同时有限元数值模拟技术的应用能提高优化效率，节约成本，实现精确优化。

主权项

一种高强钢轮辐中心孔翻边冲模锥角角度优化方法，其特征是包括以下步骤：（1）建立高强钢轮辐中心孔翻边成形的三维有限元模型并验证可靠性：收集记录实际生产中中心孔翻边所在的成形工序的模具形状尺寸，在有限元模拟软件中建立不同模具和板料的几何模型；根据单向拉伸试验获得所用高强钢材料的力学性能参数，同时，为了描述中心孔翻边开裂现象，选择合适的韧性断裂准则并将其耦合到本构关系中，从而建立起材料模型；根据实际轮辐成形工序的相关参数，完成有限元建模的其他部分：几何模型装配、边界条件和摩擦的设定、网格的划分；验证模型可靠性，计算高强钢轮辐中心孔翻边所在成形工序中变形体动能与内能的比值以及伪应变能与内能的比值，若所述动能与内能的比值在成形过程中不超过预期的数值，则可以认为板料变形在准静态下发生的，即模型是稳定的；同时，为进一步验证计算模型的正确性，将轮辐的仿真结果与实际生产所获轮辐成形件结果作对比，若轮辐相关尺寸的仿真结果与所给尺寸相吻合，则验证了所建立模型的正确性；如果发现模型能量比不稳定或者模拟成形后尺寸与给定尺寸相差较大，则返回步骤重新建模、调试，直至模型满足要求；（2）选定优化初始角度θ₁，优化区间长度θ_K和优化标准θ_t，优化初始角度θ₁即为工厂预先设定的冲模锥角角度，优化区间长度θ_K选为以θ₁为中心，左右各取相同长度构成一个区间；优化标准θ_t为一个短区间，体现优化区间长度的优化程度；（3）生成第一个优化区间，此时，K₁为以θ₁为中心，长度为θ_K的一个区间；生成优化角度序列；（4）采用所建立的有限元模型，将模型中冲模几何模型的锥角角度按照优化角度序列中角度进行设定，并进行模拟计算，获得优化角度序列中每个角度所对应的损伤值，并生成损伤值序列D=（D₁，D₂，D₃，D₄，D₅），对比损伤值序列中的损伤值，取最小的D值对应的角度，记为θ₂；判断此时下一个优化区间长度θ_K是否小于等于优化标准θ_t，如果是，则生成并输出下一个优化区间K₂，作为优化目标区间，如果为否，则进行下一次优化；（5）生成第二个优化区间，此时，K₂为以θ₂为中心，长度为θ_K的一个区间；生成优化角度序列；（6）采用所建立的有限元模型，将模型中冲模几何模型的锥角角度按照优化角度序列设定，进行模拟计算，获得优化角度序列中每个角度所对应的损伤值，并生成损伤值序列D=（D₁，D₂，D₃，D₄，D₅），对比损伤值序列中的损伤值，取最小的D值对应的角度，记为θ₃；判断此时下一个优化区间长度θ_K是否小于等于优化标准θ_t，如果是，则生成并输出下一个优化区间K₃，作为优化目标区间，如果为否，则进行下一次优化；按上述生成优化区间的步骤采用所建立的有限元模型循环操作直至下一步；(7)生成第i个优化区间，i=1,2……n，此时，K_i为以θ_i为中心，长度为θ_K的一个区间；生成优化角度序列；（8）采用所建立的有限元模型，将模型中冲模几何模型的锥角角度按照优化角度序列设定，进行模拟计算，获得优化角度序列中每个角度所对应的损伤值，并生成损伤值序列D=（D₁，D₂，D₃，D₄，D₅），对比损伤值序列中的损伤值，取最小的D值对应的角度，记为；（9）在进行第i+1次优化之前，比较θ_K与θ_t的大小，如果θ_K≤θ_t，则生成并输出下一个优化区间K_i+1作为目标区间，如果θ_K>θ_t，则继续进行第i+1次优化，直至优化区间长度小于优化标准。