一家专注流体压力成形技术
【作者】袁佳健;毛建中;张小民;雷从一;王犇
【前言】
锆合金因具有较低的热中子吸收截面、优异的耐腐蚀性以及良好的综合性能,被广泛运用于核燃料结构件与定位格架的条带中[1];锆合金条带所用板材相较于其他材料条带所用的板材,如铟镍合金,其具有各向异性明显、成形裕度小等特点,进行条带冲压成形时存在较高的减薄开裂风险[2-3]。因此,以锆合金条带冲压成形的减薄为研究对象,对冲压工艺进行优化,有助于提高条带的产品质量与合格率,促进我国核电事业发展。
本文针对锆合金材料价格昂贵、条带成形特征多且采用级进模冲压的特点,建立条带冲压的简化有限元模型,利用改进支持向量机算法建立条带弹簧与刚凸特征的减薄率预测模型,通过NSGAⅡ算法以条带弹簧与刚凸特征的减薄率为优化目标,分别求解出不同润滑条件下的工艺参数Pareto前沿解,并使用熵权-TOPSIS法选择出最优的工艺参数,以期降低锆合金条带冲压的减薄破裂风险。
【结论】
(1)针对锆合金材料价格昂贵的特点,建立了条带冲压的简化有限元模型,并通过条带弹簧与刚凸特征的物理冲压试验,验证了有限元模拟条带成形减薄的准确性,降低了大量获取减薄率试验数据的成本。
(2)对条带冲压工艺参数进行分层-拉丁超立方抽样试验设计,利用PSO-SVM算法,对条带弹簧与刚凸特征的减薄率分别建立了高精度的预测模型。研究发现:在设定的工艺参数范围内,随着压边力、冲压速度以及摩擦因数的增大,弹簧与刚凸特征的减薄率均出现增大现象,其中刚凸的减薄率对工艺参数的变化更敏感。
(3)基于NSGAⅡ算法和熵权-TOPSIS法,对条带成形减薄优化这一多目标问题进行求解;根据工程实际需要,分别求得无润滑、油润滑、脂润滑3种情况下的Pareto前沿解。研究发现:不同润滑条件时,条带的最优冲压工艺差异明显;在工程中常用的无润滑条件下,当冲压速度为134.41 mm/s、压边力为7862 N时,条带级进冲压具有最小的减薄开裂风险。
以下是正文：
