Intelligent control technology for deep drawing of sheet metal

The intelligent press forming of sheet metal is a completely new and comprehensive technology that combines control-science, computer science, material science and metal forming theory. Although the technology originated in 1980s from America, it was focused on the spring-back of V-shaped bending. Not until 1990s was some pioneering research conducted on the intellectualized control of cup-deep drawing. The research field is expanded to the axis-symmetric part and non-axis symmetric part. After a series of theoretical and experimental research, an intellectualized control system on the deep drawing processing of sheet metal is developed. The common general feature of sheet metal on the process of deep drawing is analyzed and a completely mechanical model is concluded and the deep drawing intellectualized control of sheet metal is finally realized.

基于双臂共轴桁架机器人的钣金件分拣顺序规划

针对双臂共轴桁架机器人在执行钣金件分拣任务需要避免机械臂自碰撞而原地等待导致的任务运行时间长、效率低等问题,提出一种考虑自避障等待时间的分拣顺序规划方案。该方案将两个机械臂分为主臂和从臂,主臂的顺序规划采用LKH(Lin-Kernighan-Helsgaun)算法,从臂的顺序规划将LKH算法与遗传算法结合,在规划时考虑两个机械臂的碰撞,以减少机械臂的等待时间,提高运行效率。在仿真验证中,该方案与双臂均以最短路径为目标,采用LKH算法进行顺序规划方案对比。仿真结果表明,所提方法较不考虑自碰撞的方法均可缩减4%以上时间,该方法可拓展应用于多臂共轴桁架机器人协同场景。

基于概率热力图的钣金件抓取点生成与评估

为快速确定钣金件抓取位置,提高抓取自动化程度,提出一种基于概率热力图的钣金件抓取点生成方法。基于钣金件与端拾器投影计算单因素概率热力图,评估钣金件与端拾器重叠程度、钣金件几何中心位置、钣金件表面起伏程度;融合各单因素概率热力图对概率热力图进行随机网格划分,并以数值最高处作为抓取位置;最后通过有限元仿真验证抓取点有效性。结果表明,所提抓取点生成与评估方法可以适应不同抓取工况,单次概率热力图计算及抓取点生成需1.58 s。Q345b钣金件被抓取最大形变为7.993 mm,最大等效应力为158.42 MPa,小于钣金件材料屈服强度。

薄板件高精度测量线激光连续扫描路径规划

线激光检测技术以其高精度的特点在复杂零部件检测中获得广泛应用,扫描路径规划结果对三维薄板件检测精度具有重要影响。由于线激光具有连续逐行扫描、单帧数据呈直线分布等特点,基于离散视点的规划方法难以实现被测件的各型面关键特征点的自动覆盖测量。为此,提出一种面向检测精度的多目标优化连续覆盖路径规划算法。首先,综合考虑路径长度、传感器入射角等因素,构建线激光连续扫描路径的多目标优化模型;其次,引入搜索随机树规划策略,通过对不确定度指数的迭代优化实现复杂结构件的全型面上关键特征点覆盖路径规划;最后,结合车门总成扫描案例开展应用验证,并与传统三维覆盖路径规划方法进行对比分析。结果显示所提出方法的测点平均不确定度指数较比较方法有所降低,验证了所提出方法的有效性和可行性。

计算机辅助技术下的钣金成形工艺参数优化研究

随着制造业的发展,钣金成形工艺在汽车、航空航天等行业中扮演着重要角色。本文旨在通过计算机辅助技术,对钣金成形工艺参数进行优化,以提高成形质量、降低成本并缩短生产周期。研究首先通过模拟分析确定了影响钣金成形的关键因素,然后采用先进的优化算法对工艺参数进行优化,对成形工艺质量进行评价,最后通过试验验证了优化后的算法。与传统方法相比,本研究提出的方法对钣金成形工艺具有显著的优化效果。

0Cr18Ni9不锈钢钣金件的锈蚀防护工艺

针对0Cr18Ni9不锈钢深落压钣金件因热处理造成表面氧化皮较重,使用过程中出现锈蚀的问题,制定了磁力抛光、磁力抛光+钝化和钝化+磁力抛光等3种锈蚀防护改进措施,并与未处理试样进行了对比。结果表明:未处理、仅磁力抛光处理的试样经过96 h盐雾试验后腐蚀严重,经磁力抛光+钝化处理的试样经96 h盐雾试验后发生局部点腐蚀;而经钝化处理+磁力抛光的试样经96 h盐雾试验后未出现腐蚀,在960 h盐雾试验后仅出现局部锈蚀,表面依然光亮,耐盐雾时间是其余3种试样的10倍以上。

基于TRIZ理论的薄板类零件三维扫描检测方案优化

为解决薄板类零件三维扫描检测过程中整体数据获取困难、效率低且无法模拟实际工况测量的问题,本文基于TRIZ创新理论对薄板类零件的三维扫描检测方案进行了优化。对现有问题进行分析后,利用因果链分析、九屏图法、技术矛盾等方法,结合薄板类零件的扫描实际流程,最终设计了多支点柔性夹具,并优化了三维扫描检测过程。以汽车钣金件为例,对优化方案进行了验证,为薄板类零件的质量检测提供了一种新的高效精准的检测方法。

汽车钣金件三维点云位姿估计技术研究

针对传统汽车钣金件三维点云位姿估计问题,本研究提出了采用随机采样一致性配准算法(SAC-IA算法)进行点云粗配准,获取到较为精准的初始姿态后,采用多维二叉查找树(K-D tree)对迭代最近点算法(IPC算法)进行改进,实现点云精准配准,获取到精度更高的点云配准方案,并用于汽车钣金件三维点云位姿估计。实验结果表明,本研究方法相比其他配准方法的综合配准性能更佳,实际应用的位置误差小于4mm,角度误差小于4.5°,计算时间小于6s,可以满足工程要求。

基于机器视觉的冲压开卷线在线板料缺陷检测系统设计

冲压是汽车制造过程的关键环节之一,而开卷线作为冲压的第一道工序,其成品板料缺陷检测对于保证冲压成品件的制造质量具有重要意义。当前主机厂基本采用人工抽样检验形式,存在检测质量不稳定、缺陷不易识别及检测效率低下的问题。随着制造业数智化转型的加速推进,对于冲压开卷线板料缺陷自动检测的需求也日益增长。从机器视觉的定义、分类、测量等方面出发,结合现场实际工况,进行了硬件选型、布局,匹配相应机器视觉软件开发,并采取可靠的测量监控方式,最终成功在冲压开卷线上应用了机器视觉技术,实现了对冲压板料表面缺陷的自动检测和识别。研究成果可为冲压开卷线在线板料缺陷检测系统设计提供借鉴,有助于提高汽车制造质量和生产效率,对于制造业的数智化转型也具有一定的参考价值。

三维钣金件工艺模型自动生成方法研究

针对钣金件的三维工艺设计中工艺模型难以自动生成的问题,提出了一种快速生成钣金工艺模型的方法。首先利用设计模型的数据与拓扑关系,自动识别钣金的折弯特征与内部特征,然后利用折弯特征计算钣金展平矩阵,再利用面的边界数据与展平矩阵计算钣金展开件与工艺模型,并开发了生成钣金工艺模型的原型系统,验证了上述方法的可行性。结果表明,所提方法可自动生成钣金工艺模型,并能较好地保证工艺模型生成的准确性。

Soft-punch Hydro-forming of 304 Stainless Steel Sheet

The process of soft-punch hydro-forming was use.d to form some workpieces. However, it has not been completely understood until now. In this paper, based on some primary experiments, in which cups have been tried under different working conditions with the soft-punch hydro-forming process, systematical know-how about why the LDR of a metal sheet is different, how working conditions influence qualities of a work-piece, and how the deformation takes place has been achieved when simulations are employed. All these results claim that the cup depth heavily weighs on the cup wall thinning rate, and a satisfied complex part can be achieved when the contacting time between the sheet and the female die is under our control well by a movable slider, which is fixed as the bottom of the female die.

高能率冲击液压成形设备设计及复杂铝合金零件成形

通过结合液压成形柔性介质优势和高速成形高应变速率优势,提出了一种新型高能率冲击液压成形技术和装备,该技术能够提高材料的塑性成形能力,同时具有回弹小,无需密封,良好的表面质量,非常好的小特征填充能力等特点,能够解决传统落压成形技术制造铝合金复杂航空钣金零件过程中存在的起皱、开裂和需要大量人工辅助的问题。首先对单冲击体和双冲击体2种冲击形式的冲击传载特性进行了深入研究。研究发现,大质量单冲击体液室压力保持效果好、液固界面压力倍增系数高、能量利用率高。在此基础上研制了新型冲击液压成形设备,通过采用气液组合驱动方法实现了高压高速驱动,设备冲击能量为225 kJ,液室直径250 mm,液室峰值压力可达1000 MPa以上。不同于以往设备主要用于实验研究,该设备能够实现高能率冲击液压成形技术的工业化生产。最后进行了工艺验证,通过两道次成形获得了完好的5A06铝合金航空复杂薄壁口框零件,解决了落压成形存在的问题,加工效率提高了4倍以上。

基于工业视觉的汽车钣金件柔性检测系统设计

根据钣金检测的工艺流程,设计一套基于工业视觉的汽车钣金件柔性检测系统,可对机械零部件及汽车部件上的规格、尺寸、瑕疵、冲孔数量、焊接螺杆的规格、数量,钣金件的褶皱、毛边、裂纹和形变等内容进行检测。该系统具有模块化设计、柔性化程度高和检测效率高等特点。通过检测精度自适应稳定系统,解决环境光变化对检测精度的影响。为汽车行业传统三坐标测量仪钣金件质量检测的设备庞大,检测效率低等缺点及传统专用钣金件检测工装及检具的设计、制造周期长,成本高,柔性差,易受人为因素影响等缺点提供一种解决方案。

基于全卷积神经网络的板条多压头成形回弹预测及模具设计

[目的]在船体曲面板的冷成形过程中,回弹是影响成形精度的主要因素,为提高板条成形质量,需研究回弹预测方法以获得合适的回弹控制方式,进而指导模具设计。[方法]基于全卷积神经网络(FCN)对回弹图片进行像素级计算和回归计算,从而实现对每个成形位置的回弹量预测。首先,利用ABAQUS 2019建立有限元模型,并通过实验结果进行准确性的对比验证;然后,采用验证后的有限元方法计算获取神经网络训练样本集,将板条几何信息作为神经网络的输入,并基于不同卷积层结构采用TensorFlow深度学习框架来搭建全卷积网络模型;最后,对比分析不同神经网络的优劣,并将最优网络应用于模具设计。[结果]算例分析结果显示:FCN模型预测回弹量的最大误差为8.49%,具有较高的准确度,其中FCN32的精度最高;FCN模型可以实现模具形状的一次性设计,计算时间仅为0.5 s,最大误差仅为1.00%,显著提高了计算效率。[结论]全卷积神经网络算法提供了一种快速高效的板条回弹预测方法,以及快速设计模具形状的新思路。

三角农用钣金件成形工艺分析及模具结构设计

【目的】在满足生产要求的前提下,设计出简单高效的冲压模具用以生产三角农用钣金件或者类似形状的钣金件。【方法】笔者研究了三角农用钣金件的结构特征,根据该钣金件的要求和特点制定出了合适的排样方案,确定了总体成形工艺方案为:落料→成形→冲孔,即该钣金件的成形一共需要三副模具,并着重分析了该钣金件的成形工艺和成形工序复合模具的结构设计及相关计算。【结果】该成形模具结构设计合理,能够可靠地完成送料、定位、冲压、出件等动作,生产效率高、成本低,且完全满足设计要求。【结论】该三角农用钣金件成形工艺是一副较成功的模具设计,可为同类农用钣金件的生产提供借鉴。

基于BPNN与PSO的薄板件钻孔夹具定位布局多目标优化

针对薄板件钻孔夹具定位布局设计存在多个目标和有限元仿真成本高的问题,提出一种基于反向传播神经网络(BPNN)与粒子群优化(PSO)算法的薄板件钻孔夹具定位布局多目标优化方法。通过有限元仿真分析获取不同夹具定位布局下薄板件钻孔后的最大变形和整体变形,将仿真结果作为训练样本,建立定位布局与薄板件最大变形和整体变形之间的多目标神经网络预测模型。在此基础上,以夹具定位布局为设计变量,以工件的最大变形和整体变形最小化为目标,结合神经网络预测模型与粒子群优化算法,得到钻单个孔时的夹具定位布局Pareto最优解集。最后,通过平板和曲板两个实例验证了所提方法的可行性和有效性。

面向复杂钣金件折弯的高效工序规划算法

为了解决复杂钣金件工序规划难、效率低的问题,提出一种基于反向状态传递的高效工序规划算法。算法提出折弯可行性状态概念以及状态在先后折弯工序中的传递机制,在将状态数据作为经验充分利用的同时避免丢失,以减少传统工序规划中普遍存在的大量折弯可行性重复测试;考虑到钣金件的形状复杂度对折弯可行性的影响不同,采用从最终成形至零件毛坯的逆向推理方式减少无效的折弯可行性检测;为规避随折弯数增多导致解空间阶乘增长,采用经验的组合表示以避免重复的折弯可行性检测。实验结果表明,所提算法可以高效获得复杂钣金件的所有可行折弯工序,为最终通过评估、优选获得最优折弯工序奠定了基础。

基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模

为了提高薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型的薄板件变形预测精度,提出一种基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模方法。首先采用半弹性接触模型近似代替定位元件与薄板件之间的接触,并通过法向弹簧—阻尼单元模拟接触面的刚度和阻尼特性,然后借助分形接触理论获得定位点接触区域法向接触力与接触刚度、阻尼的关系,接着在通过有限元仿真得到各定位点处的法向接触力的基础上,求解每个定位点处的法向接触刚度与阻尼,最后建立薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型,对薄板件钻孔后的变形进行预测。通过平板和曲板两个实例验证了所提建模方法的可行性和有效性。

S形截面钣金件的多步冲压成形仿真分析

针对冲压成形过程中材料成形时回弹难以控制的问题,以某型车辆S形截面钣金件为研究对象,建立了包括成形回弹补偿和折弯回弹补偿在内的全工序三维有限元模型,采用仿真与试验相结合的方法对板料的冲压成形性能进行仿真评估,确定冲压成形工艺参数与方案,通过实际冲压工艺验证冲压成形工艺参数与方案的合理性。结果表明,按照所设计的坯料排样指导S形截面钣金件级进模的设计和调试后,获得了合格的实际冲压产品。

基于改进图像结构算法的钣金件特征点识别

针对平面钣金件轮廓特征点识别中,特征点受边缘噪声影响,易出现伪特征点、切点难识别及特征点识别定位精度低等问题,提出了一种基于改进图像结构算法的平面钣金件轮廓特征点识别方法。首先,对特征点进行粗提取,通过判断轮廓点两相邻轮廓段的类型,并计算轮廓点间斜率差的绝对值,将斜率差的绝对值和阈值比较,分别获取切点和角点的候选特征点集;其次,进行特征点精确识别,将候选特征点进行分组融合,并引入直线度指标对线段轮廓上的伪特征点进行滤除,最终完成特征点的准确识别。实验结果表明改进的识别算法可以准确地识别平面钣金件轮廓特征点,能够滤除掉所有伪特征点,识别精度更高。