筒形件拉深过程中容易出现起皱与破裂缺陷,施加压边力是消除拉深缺陷的关键技术之一。传统的压边方式主要有机械式与液压式。机械压边方式产生的压边力不易灵活调节。液压压边方式产生的压边力响应速度较慢,且成本较高。针对传统压边装置的不足,本文提出了电磁压边新技术,研制了一种筒形件拉深电磁压边试验装置,目的是实现对于压边力的灵活、精确、快速调节,以提高筒形件的成形极限与成形质量。主要研究内容与结论如下:(1)筒形件拉深电磁压边试验装置的研制。为了有效克服起皱与破裂,提出了筒形件拉深电磁压边试验装置的技术要求,给出了装置的压边力范围。研制的试验装置由筒形件拉深系统、电磁压边系统与紧固机构组成。根据筒形件尺寸、板料尺寸、压边力范围等因素,获得了装置的压边力参数。针对漆包线圈绕制方式的设计,开展电磁场仿真比较了单线圈绕制方式与多线圈绕制方式产生的电磁场强度及压边力,发现单线圈绕制形式更加有利于提高压边力的幅值。(2)电磁压边试验装置的电磁力公式建立。根据装置结构建立了磁路模型,运用Maxwell经典电磁学公式推导出了电磁力与输入电压关系的解析公式。为了验证电磁力解析公式的正确性,设计了电磁力测试系统并开展了电磁力测试试验。结果表明,电磁力实测值与理论值呈现较高的一致性。建立的电磁力公式揭示了影响电磁力的物理量及其规律,为后续实验中对于压边力的精确调节提供了理论依据。(3)基于电磁压边试验装置的电磁场仿真。仿真采用ANSYS/Mutiphysics软件,建立了有限元模型,得到了试验装置通电时的电磁场分布以及电磁力分布。仿真结果表明,通电时试验装置最大的磁场强度集中在板料边缘,产生的最大压边力可以满足筒形件拉深对压边力的需要。通过对凸模处于不同拉深位置时试验装置电磁场分布进行仿真,发现凸模位置对试验装置周围的磁场分布影响较轻,为后续简化筒形件拉深仿真参数设置提供了依据。(4)基于电磁压边试验装置的筒形件拉深仿真。仿真采用LS/DYNA软件。通过拉伸试验得到了SPCC板料的真实应力应变曲线。针对直径Φ90mm板料研究了筒形件的变形过程,发现凸模圆角与凹模圆角部位容易引起筒形件的拉深缺陷。针对直径Φ90mm板料施加不同的压边力进行拉深仿真与拉深实验,发现合理的压边力可有效抑制起皱。为研究板料直径对壁厚减薄率的影响,针对直径Φ85mm、Φ90mm板料进行了拉深仿真。发现施加相同的压边力,板料直径越小,筒形件越不容易起皱。在试验装置能够施加的压边力范围内,施加的压边力越大,抑制起皱的效果越好。(5)基于电磁压边试验装置的筒形件拉深实验研究。针对直径Φ80mm、Φ85mm与Φ90mm板料在施加经验压边力的条件下进行筒形件拉深实验,发现试验装置能够产生足够大的压边力,有效克服起皱与过度减薄缺陷,证明了电磁压边试验装置的可行性。实验还研究了压边力与板料直径对筒形件成形质量的影响。发现压边力对筒形件最大壁厚减薄率的影响大于板料直径对其的影响,两因素对筒形件最大壁厚减薄率均无显著影响。实验还发现,相同直径的板料在拉深过程中所受的压边力越大,则最大壁厚减薄率越大。最大壁厚减薄率主要集中在筒形件的圆角部位,筒形件的边缘部位会出现增厚现象。在施加相同幅值压边力的条件下,增大板料直径会使得筒形件最大壁厚减薄率降低。(6)筒形件拉深压边力的优化。采用BP神经网络(BPNN)与遗传算法(GA)相结合的寻优算法,分别对Φ80mm、Φ85mm与Φ90mm板料拉深所需压边力进行了优化。建立了以压边力与筒形件壁厚最大减薄率为输入输出的BP神经网络模型。运用遗传算法对所建模型进行极值寻优,得到了三种直径板料对应的合理压边力。采用实验与仿真的方法验证了合理压边力的可行性。根据以上研究结果,使用优化算法得到的压边力可以有效提高筒形件的成形质量。