[01176122]面向成形制件精度的成形模具与装备耦合刚度设计技术

1、课题来源与背景 本项目属于工程科学技术领域机械专业中的通用机械设备制造技术。项目成果用于大型液压机、大型冲压模具等产品上,实现精细化加工的设计方案,以及多体系热弹塑性粘合变形的组合优化设计,满足市场的快速响应和可靠性设计要求。 本项目技术成果自2004年开始研究,由天津理工大学材料科学与工程学院与天津市天锻压力机有限公司合作的 “精密高效智能数控温冷挤压液压机生产线“（项目编号：043184411）—天津市科技攻关计划重点项目研究中提出了合理优化液压机机身问题的课题,包括： ①合理优化液压机机身结构,满足刚度要求,减轻整机重量; ②为客户提供生产线成套装备,即：“制件—模具—液压机“的最佳成套组合; ③产品市场的快速响应,液压机高可靠性的设计方法。 通过针对天津市天锻压力机有限公司的系列产品进行了研究,先后完成了天津市科技支撑计划重点项目：“船体板材成型技术和数控生产线系列装备“、“大口径中高压异形无缝管件成形成套装备关键技术开发“ 、“重型数控钛电极制备成套装备关键零部件技术开发及应用“,以及 “高档数控机床与基础制造装备“科技重大专项项目“大型六轴数控移动回转压头框式液压机成套装备“子课题等一批合作项目。在各项合作项目研究内容中都加入了基于制件精度的“模具—装备系统耦合刚度分析研究“的相关内容。通过不断研究、总结,解决了大型液压机成套装备的优化设计问题,实现了成套装备产品设计与制造的市场快速响应,满足了企业发展的需要。2008年我们针对核心技术申报了“一种用于成形模具与成形装备的耦合刚度测试分析的工作方法“的发明专利,于2012年4月获得专利授权。本项目技术自2009年开始,通过与天津汽车模具股份有限公司合作的天津市科技支撑计划项目“汽车轻量化板材冲压工艺及模具开发技术“和与天津市津兆机电开发有限公司合作的天津市科技支撑计划项目“汽车零部件制造大型精密级进模装备技术开发及产业化“中得到应用。 该项目技术研究和实施采用产学研合作的方式进行,取得了显著的经济效益和社会效益,2005年、2009年两次获得天津市人民政府颁发的产学研联合突出贡献奖。 2、技术原理及性能指标 本项目研究的“面向成形制件精度的成形模具与装备耦合刚度设计技术“,其关键是建立面向成形制件精度的成形模具与成形装备耦合刚度分析模型（包括成形制件、模具和装备的建模、基于机械多体系统理论成形制件—成形模具—成形装备系统机械耦合建模）和模型的高效、精确解算。涉及弹性与弹塑性理论、机械多体系统理论、塑性成形原理与加工工艺及有限元技术等多学科领域问题。通过对制件—成形模具—成形装备系统机械耦合模型及成形模具—成形装备工具系统的多体热弹塑性耦合变形组合的耦合刚度优化与稳健设计及实验分析验证,修正与完善模型和算法,最终形成包括理论、算法及计算软件的面向成形制件精度的成形模具与成形装备耦合刚度设计技术系统。 液压机是重要的塑性成形装备,液压机机身是压机的重要组成部分,它不仅是液压机主要零件的装配基体,而且还要承受机器的全部工作载荷,机身承载能力和变形大小及其动态性能将直接影响产品精度及模具的使用寿命。因此,为了达到制件或零件的精度要求,有必要以制件或零件的精度为约束条件,对制件—成形模具—成形装备系统进行耦合刚度分析、设计和综合优化,以期实现精密塑性成形工艺系统的硬件精良化。以合理的成形模具与成形装备成本,满足客户对加工制件的精度要求。 该项目核心技术“一种用于成形模具与成形装备的耦合刚度测试分析的工作方法”获得授权发明专利（专利号ZL200810054314.4）,并获得2013年天津市专利金奖。 3、技术的创造性与先进性 本项目成果采用计算机模拟集成设计技术,研发了“面向成形制件精度的成形模具与装备耦合刚度设计技术“,为液压机、模具成套装备产品提供了优化设计方法,其主要创新点为： ①率先提出“成形制件—成形模具—成形装备系统“机械耦合建模与解算方法。建立面向成形制件精度的成形模具与成形装备耦合刚度分析模型,是进行成形模具与成形装备的静刚度耦合优化和稳健设计的基础,涉及弹性与弹塑性理论、机械多体系统理论、塑性成形原理与加工工艺及有限元技术等多学科领域,是多学科理论、方法与技术的综合运用。 ②开发了以制件加工精度为约束条件,以系统重量和装备结构为目标函数的成形模具与装备耦合刚度设计技术,实现了大型液压机成套装备、大型汽车覆盖件模具和精密级进模具的快速、可靠设计。 4、技术的成熟程度 本项目技术已达到成熟应用阶段。