BHF啥意思？
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发布时间：2022-04-21 07:02
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时间：2022-05-13 04:57
既然是在教育类出现的题，就先给你物理版的
压边力(BHF-blank holder force)是薄板零件成形过程中的一个重要的工艺参数。压边力的主要作用是用来产生摩擦阻力，以增加板料中的拉应力、控制材料的流动、避免起皱。一般来说，压边力过小，无法有效地控制材料的流动，板料很容易起皱；而压边力过大，虽然可以避免起皱，但拉破的趋势会明显增加，同时模具和板料表面受损可能性亦增大，影响模具寿命和板料成形质量。
下面是模具书的前言：
压边力优化控制研究
摘 要：压边力是板料成形过程的重要加工条件，它在整个的加工过程中实际上是一个不断变化的量。在详细分析和研究BHF的预测和控制思想的基础上，提出了一个BHF优化控制方案。
关键词：压边力； 优化控制； 缺陷
分类号：TG301 文献标识码：A
文章编号：1001-4934(2000)02-0047-05
Abstract：BHF is a important factor in sheet metal forming. In fact it is a variation in entire punch stroke. This paper puts forward a BHF optimized control project, based on the labor and investigation of predict and control of BHF.
Key words：BHF； optimized control； defect▲
0 引言
压边力(BHF-blank holder force)是薄板零件成形过程中的一个重要的工艺参数。压边力的主要作用是用来产生摩擦阻力，以增加板料中的拉应力、控制材料的流动、避免起皱。一般来说，压边力过小，无法有效地控制材料的流动，板料很容易起皱；而压边力过大，虽然可以避免起皱，但拉破的趋势会明显增加，同时模具和板料表面受损可能性亦增大，影响模具寿命和板料成形质量。
1 传统的压边力控制思想
在一般拉伸成形中，当压边力增大时，法兰阻力也增加，从而成形极限就降低。但压边力的作用本来是为了防止法兰(凸缘)产生皱纹，所以只要施加必要的最低限度的压边力就可以了。因此传统理论认为压边力在实际操作中调整到适当大小即可，特别精确地掌握压边力的影响是没有必要的［1］。
一般讲，毛坯严重失稳起皱后，由于无法继续通过凸模与凹模之间的间隙而被拉破。为解决拉伸过程中失稳问题，需要在模具上安装压边装置。通常压边装置不外有两种：刚性压边装置和弹性压边装置。刚性压边装置只能在双动冲床上进行，在此暂不讨论。弹性压边装置最常见的是橡胶、弹簧和气垫。前两种由于压边力随冲床行程变化而变化，对于拉伸较深的制作不利。而气垫的使用虽然使压边力随冲床行程变化很小，但一般较小的冲床都不加装，其结构又比较复杂如需要附设气源等，故而应用同样受*。利用液压机的顶出机构进行压边的方法目前应用广泛。文献［2］作者把所在工厂的本来只用作顶出机构的顶出缸稍加改进用于压边，并根据拉伸件的变形情况，通过机构中的溢流阀做简单调节，用以寻找一最佳工作点。这实际上是加工过程中压边力恒定的一种情形。
文献［3］提出了以弹簧或橡胶作为弹性元件压边，可提供常压边力的新结构。采用这种压边方式，不仅可以使压边力在拉伸过程中保持不变，并可从0至最大设计和调节压边力的范围，以适用于不同厚度板坯的压边。比作者先前的工作［4］又有了新的进展。
文献［5］中的作者在谈及不锈钢拉深模具的设计准则时所使用的依然是传统的压边力调节思想：可通过松紧螺丝来调节压边力的大小。
梁善德等人设计的新模具的压边力提供方式与传统液压设备不同［6］。传统拉伸模的拉伸力由液压缸提供，压边力由顶出缸提供，而新模与之相反。新模具虽然在应用中有些*，但使啤酒桶内胆的成形由两道拉伸实现了一次拉伸成形，生产效率有所提高。
2 现代压边力控制思想
2.1 BHF预测研究
BHF的控制基于BHF的预测研究，预测研究的主要目的是确定BHF的优化控制曲线。预测拉伸成形BHF优化控制曲线的传统方法主要有两种：试验法和理论计算方法。近年来又有人把ANN和Fuzzy等AI理论引入BHF最佳控制曲线的预测研究，取得了一定成果。
拉伸件成形过程的智能化控制系统主要由监测、识别、预测和控制这四个基本要素构成。在拉伸过程的智能化控制中，最佳工艺参数的预测最终归结为压边力变化规律的确定，而得到压边力变化规律的理论依据是确定起皱和破裂临界条件［7］。
2.1.1 试验法研究BHF优化控制曲线
本方法的思路是对多个预测模型进行拉伸试验，通过大量数据描点绘图以得到该种材料失稳区域的图形，依此并基于坯料不失稳和拉伸程度最大(充分拉伸)等两条原则，结合拉伸件实际尺寸来定出BHF的最优控制曲线。具体的试验方法有多种，可根据试验条件、可靠性和可重复性等原则来选取。比如测定拉伸毛坯侧壁起皱的试验方法大致可以选用圆锥及角锥拉伸试验；而测壁裂区域的方法可以选用切角毛坯盒形件拉伸试验等。
Yossifon等人通过对AL1100-0坯料的系列试验得出结论［8］：优化BHF曲线是与不失稳的最小值边界相对应的，也即BHF刚好保证了不起皱。Kergen和Jodogre用基于测量模具和压边圈间隙的起皱试验，得到了最优BHF曲线和最小BHF值。
2.1.2 BHF曲线的理论计算方法
当板材的塑性变形不能稳定进行时，将出现起皱或破裂。理论求解塑性压缩失稳问题时，为了简化计算求得近似解答，大多采用能量法。应用能量法求解，只要挠曲表面假设适当(即使所设曲面不甚符合实际情况)，就能得到正确答案，且误差也非常小。对于轴对称曲面形状零件，由于拉伸时法兰变形区的变形特点和起皱方式与筒形件拉伸时相类似，故完全可以采用类似的方法分析［7］。
一般而言，法兰起皱时能量的变化主要有三个方面：(1) 法兰失稳起皱波纹隆起所需的弯曲功；(2) 法兰失稳起皱后，因周长缩短切向应力释出的能量；(3) 波纹隆起时压边力所消耗的功，文献［7］从能量原理出发，推导出了考虑摩擦影响时轴对称件拉伸过程中法兰失稳起皱的临界压边力。分析了摩擦系数、毛坯相对厚度等主要因素对法兰失稳起皱临界压边力的影响，为拉伸过程的智能化控制提供了预测最佳压边力规律的理论依据。
文献［10］给出了在圆筒形件拉伸时防止法兰起皱所需要的最小压边力公式。其中包括由试验方法和半理论方法得到的理论计算公式。
K.Manabe等人基于塑性理论模型给出了各向异性板坯材料的破裂极限力和起皱极限力理论计算公式。可以由这两个公式直接近似推出BHF最优控制曲线［11］。
文献［12］也给出了压边圈上的单位压边力公式，但考虑的因素相对较少。
同样基于理*式建立的数学模型，Sim和Boyce用FEM方法得到轴对称杯形件成形的数值结果，进而得到了BHF控制曲线［8］。
2.1.3 BHF的人工智能(AI)方法研究
文献［11］的作者K.Manabe等人在1993年曾经用ANN方法研究了各向异性材料的材料特性以及坯料和模具间的摩擦系数μ。但是假设拉伸过程中μ值恒定，故而结论误差较大。在文献［11］中，摩擦系数μ被视为拉伸过程变量，符合实际成形的真实过程。文中为使所建立的控制系统适用于未知材料，设定冲压力和BHF等五个量作为输入，输出值为材料的三个重要参数：n值(硬化指数)、r值(各向异性指数)和F值(材料其他性能综合指数)，为随后控制过程的准确完成奠定基础。
在95年和97年的研究工作中，K.Manabe等人还曾把模糊技术用于类似的分析过程，取得了理论上可行的结果，由于该模糊系统的运行效率等问题，使得要应用于实际生产还需进一步深入研究。
2.2 BHF控制研究
如上所述，从理论上讲压边力在拉伸各阶段是变化的，实际生产中，压边力的调整主要依靠经验，因此这方面的工作很有待于加强。根据Musrafa A. Ahmetoglu应用SHEET FORM软件计算的杯形零件BHF、冲压力随拉伸行程的变化曲线，同样可以得出结论：最佳的BHF不是一个定值，而是一个不断变化着的数值［13］。
文献［14］综合国外控制压边力的方法是利用带组合式压边圈的试验模具，以在拉伸件凸缘的不同部分建立大小不同的力。若同时借助随动传感器按拉伸深度(压力机的划块行程)测量材料的移动值，则可以获得可用于控制用的BHF经验曲线。
为改变压边圈和凹模表面间的压边力、控制材料的应变过程，要采用下列方法：
(1) 改变板坯的尺寸和形状；(2) 利用拉延筋；(3) 改变两摩擦系内的摩擦力；(4) 调节压力机或模具液压垫内的压力。建立可控压边圈，可降低工艺条件不稳定因素的影响，如毛坯尺寸的差别等。采用反馈系统来控制压边力，在拉伸过程中当输入参数变化时可自动进行修正，进一步可发展成完善的自适应控制系统。
为配合BHF的自适应控制，国内外(主要是国外)发展了多种不同的、产生压边力结构和系统［13］：(1) 德国压力机制造商Schuler制造的多作用液压控制系统可以在成形复杂零件时，针对不同位置的需要，施加不同的压边力。(2) 带拉延筋的压边圈设计，特点是压边力可根据需要进行控制，并且压边力的需要量较小，不易产生导致模具损坏过大的正压力，而这些问题在传统的压力机中大量存在。
国外对BHF的控制研究进行得广泛而深入。根据Havranek的关于起皱及FLD安全区的理论，Hardet和Lee较早地提出了两套闭环控制方案为每一个冲压样品提供足够的偏压以避免由于成形中出现的非正常变形而引起起皱失稳，但这一方法未能避免破裂失稳。
第一套控制设备也由Hardet和Lee设计，用来得到恒定的BHF，BHF自始至终被保持在不起皱的最小值上以防破裂。随后Hardet又单独继续了此项研究工作，它通过一个PI控制器，利用反馈值来控制给压边圈施力的伺服阀。作者用冷轧钢板成形杯形件，作了大量试验。
Yossifon等人在可变BHF领域作了进一步研究。他们通过对AL1100-0坯料的一系列试验得到“BHF—冲程”图，进而确定了控制方案。
不久前，本行业著名的Siegert(德国)教授和Ziegler等人采用一种类似于脉冲曲线的BHF控制曲线对BHF进行控制研究，得到了成形过程中摩擦力的影响分析。Wang和Majlessi对方盒拉伸的BHF控制进行研究，他们的压边圈由八块分段的板组成，四个边各有一块，四角亦各有一块。
为了检验以上这些BHF局部调节办法的有效性，多种改进型冲压过程控制设备大量涌现。德国Stuttgort大学的金属成形技术研究所研制了一种自适应单动压力机(包括很多独立工作和控制的液压缸)。这种机构再加上Siegert等人设计的多段压边圈装置之后，被认为是优化闭环BHF控制的基本结构。类似结构的双动压力机由美国Michigen技术大学的Saeedy和Majlessi研制成功。
Murata和Matsui近期的研究结果表明使用分段压边圈的结构，即使角部和边上的BHP保持定常时，分段压边圈还是要比刚性的单片压边圈所得到的产品的拉伸深度大。
Mustafa A. Ahmetoglu［15］提出多点控制压边力，使之成为时间(或压机行程)和位置的函数，来提高非对称零件的拉伸性能。并用他的实验装置进行了实验分析。日本的尼桑汽车和美国俄亥俄大学合作，用相似模拟的方法进行了汽车挡泥板成形中压边力控制的研究［16］。
3 当前BHF控制曲线研究前沿方向
当前，国内外在BHF的预测和最优控制研究中尚存在诸多未知或不十分清楚的地方，有些结论甚至相互矛盾。比如前文中提到的Hardt等人研究得到最优的而且是恒定的BHF控制曲线并发现这种几乎为定值的BHF控制曲线并无实际应用的意义［8］，但究竟是上升趋势的BHF控制曲线好还是下降趋势的BHF控制曲线更具现实意义尚无定论。可能主要是因为试验毛坯情况以及加载历史或变形路径等复杂因素差异的影响，诸多学者经试验各自得到的结论也各不相同，有待做量化的工艺参数分析以从中总结出更为本质的规律。
与此同时，从国内外的文献来看，AI在BHF的预测和最优控制研究中的应用尚处于起步阶段，同样有待进一步推广和深化。
总之，基于AI理论和自动控制理论，综合考虑BH形变等因素影响的BHF优化控制方法研究，是当前金属板料塑性加工领域的研究方向之一。
