基于模具三维冲击响应分析的板料冲压过程监测诊断理论

板料冲压过程中，模具对最终产品的质量产生重要的影响。模具在冲压冲击力的作用下，产生冲击响应，使模具产生三维多自由度的扭摆、振动，并伴随整个冲压过程。模具出现缺陷后，会导致冲击响应信号中的振动频率和阻尼特性发生变化，由此可以获得板料冲压过程所需的监测信息。根据此动力学冲击响应，分析板料冲压过程中模具与板料的相互作用，研究冲压过程中影响模具振动的因素及机理；采用多通道多模式传感器，采集大型汽车覆盖件拉延模中模具产生的三维多自由度振动信号，应用经验模式分解和拉普拉斯小波分析方法研究信号中所包含的模态参数信息；通过对冲压过程中模具缺陷的产生与演化机理的研究，分析缺陷所导致冲压冲击响应信号变化的规律，为实现大型汽车覆盖件模具冲压监测诊断提供科学的理论依据。该方法还可以避免模具安装失误，缩短模具现场调试时间，并有望使冲压模具的调试朝着数字化、科学化方向发展，避免了模具调试人员仅仅根据经验盲目地调试。

本项目经过三年的研究探索，通过对测试信号的识别尝试和理论分析，课题组对于冲压过程的动态信号监测有了深入的认识，对于冲压过程的模具、板料、压力机之间的相互作用有了新的理解。 . 板料冲压过程中，工艺过程由设备和模具的动作施加在板料上，以获得最终产品的质量。塑性变形过程中，设备为塑性变形过程提供能量，通过模具的形状及动作约束，使板料发生塑性变形，完成工件的成形过程。板料的变形产生变形抗力随着坯料的形态发生着变化，这是一个非静态力。因此在板料塑性变形阶段，模具和设备要受到冲压力的动力学的冲击，从而在工艺系统中刚度较低的环节会产生显著的振动、扭摆等动力学冲击响应现象。. 本研究从数值模拟和物理实验两方面研究了冲压过程力的变化及其所导致的冲压工艺系统中产生的动力学响应。通过冲压成形仿真，研究了冲压过程各行程阶段产生冲压力显著变化的时刻及影响因素，重点分析了压边过程、拉延过程、回弹过程中模具与板料的相互作用，获得表现冲压力在时间和空间上的矢量变化基本规律的方法。. 课题组利用自行开发的基于虚拟仪器的多通道同步信号采集分析软硬件系统，进行了不同工况下冲压试验的振动响应信号的采集分析，通过对照模具状态的变化，研究了基于加速度振动信号的冲压载荷及压机弹性变形的重建方法，获得了工艺特征信号比较分析的有效识别方法，建立了冲压过程监测的基本模式，对探索特征信号规律与工艺缺陷之间的映射关系以及缺陷预报提供了有效的途径。. 由于冲压塑性变现过程的非线性问题比较突出，原计划所考虑的模具模态分析问题，由于其脱离了整个冲压系统的约束，进行孤立地研究是不科学的。在冲压过程中，模具、压力机、板料有着交互作用的冲压工艺系统的三个环节，不能独立的研究其模态问题，而应综合考虑其在冲压动态冲击下的交互作用，而这种复杂的相互作用，尚需进一步大量的工程实践数据的支撑进行验证。. 项目总共发表相关论文11篇，申请发明专利4项。其中SCI收录期刊文章两篇（已接收在线刊出，同时EI收录），EI/ISTP收录国际会议会议文章三篇，其中一篇IEEE ICMA2012会议论文项目负责人做口头报告，并担任分组会议主席。其余6篇为国内刊物论文，两篇为核心期刊发表。