CN102129480B - 基于能量守恒的精密级进模弯曲成形设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于能量守恒的精密级进模弯曲成形设计方法，其设计步骤如下：a.使用有限元数值模拟方法，应用功与能转化原理求解弯曲成形时带料吸收的能量及回弹时带料释放的能量；b.据能量守恒定律，作出多工步弯曲、回弹过程中带料的内能变化曲线图；c.计算多工步成形回弹时带料释放的能量总值，总值最小的为最优方案，本发明应用随冲程变化的冲压力做功量与带料所吸收能量的功能转化关系，快速的求解出弯曲成形时变化的带料内能；并预测回弹量在各步弯曲时的变化趋势，对多步弯曲成形设计加以指导，提高了精密级进模的成形精度；可快速的确定最优方案。

Description

基于能量守恒的精密级进模弯曲成形设计方法

技术领域

本发明涉及一种精密级进模弯曲成形设计方法，特别涉及一种基于能量守恒的精密级进模弯曲成形设计方法。

背景技术

如图2所示为一复杂连接器的外壳制件图。该制件在冲压时，需要对板料进行冲裁、弯曲、整形、铆接和切断等工序，是典型的复杂连续冲裁弯曲件，主要应用于电子领域；

加工此类制件的主要方法为精密级进模成形方法，即在一副模具内完成制件的冲裁、弯曲、整形等工艺，材料利用率和生产效率都能得到提高，成形是较为有效的，但是这种模具设计的技术含量高，在级进模的设计上具有以下难点：制件最终为方框闭合并具有铆接点，需要进行连续多工步弯曲成形，铆接质量的好坏受弯曲成形精度的直接影响；

同时，随着电子产品功能越来越多，要求精密级进模制造出的电子连接器体积也越来越小，其壳型制件也会愈加复杂，成形过程需要进行多次弯曲，必须合理安排弯曲工序，才能保证零件的质量；

但是，随着连接器壳型制件的尺寸越来越小，对弯曲成形回弹的预测和精度的控制成为更为突出的问题，通过传统理论计算已很难对弯曲回弹加以预测，如图8所示，即使应用有限元数值模拟方法，往往针对已经设计的多种方案，也难以直观地对比出哪种设计方案的回弹量最小，以及成形精度的高低；

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种基于能量守恒的精密级进模弯曲成形设计方法，使用该基于能量守恒的精密级进模弯曲成形设计方法可快速确定精密级进模弯曲成形的最佳设计方案，有利于产品精度的提高。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于能量守恒的精密级进模弯曲成形设计方法，其设计步骤如下：

a.使用有限元数值模拟方法，应用功与能转化原理求解弯曲成形时带料吸收的能量及回弹时带料释放的能量；

b.据能量守恒定律，作出多工步弯曲、回弹过程中带料的内能变化曲线图；

c.计算多工步成形回弹时带料释放的能量总值，总值最小的为最优方案。

作为本发明的进一步改进，使用显式算法求解弯曲成形时冲压力随冲程的变化曲线，并把上述曲线拟合为一元多次函数，然后使用积分原理求解出该一元多次函数与冲程所围的面积值，并根据功与能相互转化原理求得带料成形时所吸收的能量；同时使用隐式算法求解带料回弹时所释放的能量。

作为本发明的进一步改进，根据能量守恒定律，作出在多工步弯曲、回弹过程中带料的内能变化曲线图，直观比较不同的设计方案在多工步成形后带料所储存的内能大小，并归纳出在不同工步的成形、回弹过程中随着弯曲角度的递增带料的内能变化规律，计算多工步成形回弹时带料释放的能量总值，该总值最小的方案为最优方案。

本发明的有益技术效果是：本发明应用随冲程变化的冲压力做功量与带料所吸收能量的功能转化关系，快速的求解出弯曲成形时变化的带料内能；并根据带料内能的变化与回弹关系，预测回弹量在各步弯曲时的变化趋势，对多步弯曲成形设计加以指导，提高了精密级进模的成形精度；应用能量守恒定律对多工步弯曲成形及回弹时的带料内能作变化曲线图，直观比较不同方案之间的成形所需外力做功的多少及回弹量的大小，可快速的确定最优方案。

附图说明

图1为本发明的操作流程图；

图2为本发明的实施例零件立体图；

图3为实施例零件的展开图；

图4为实施例零件直角弯曲部位相对应的带料排样图；

图5为实施例零件四工步三种弯曲方案图表；

图6为实施例零件受边界条件约束的一个工位的带料；

图7为实施例零件第一次成形上、下模模型设置图；

图8为实施例零件第一次成形后的板料图；

图9为实施例零件第一次成形后的成形极限图；

图10为实施例零件第二次成形上、下模模型设置图；

图11为实施例零件带料回弹测量所选截面线；

图12为图11中截面线第一、二方案比较；

图13为实施例零件弯曲成形时外力做功求解示意图；

图14为实施例零件第一步预弯成形后回弹时带料释放能量图；

图15为实施例零件第二步预弯成形后回弹时带料释放能量图；

图16为实施例零件经过第一步预弯回弹和第二步弯曲回弹过程带料吸收和释放能量图；

图17为实施例零件第一、二步成形与回弹能量变化趋势图；

图18为实施例零件多步弯曲过程中带料回弹释放的能量总值图。

具体实施方式

实施例：一个连接器外壳制件1，其主要外形为闭合方框2并有铆接点3，现针对闭合方框2处的90°直角多步弯曲部位4进行设计，并通过三个方案进行比较选择出一个优选方案。

其设计步骤如下：

1.使用弯曲前的工位带料作为模拟用的毛坯板料7，并施加边界条件8约束节点运动，以使模拟过程与实际冲压成形相符；

2.导入第一上、下模9、10等第一步预弯成形所需的刚体并划分网格(如图7所示），使用动态显式算法对带料11进行预弯冲压模拟，输出冲压力变化曲线图20(如图13所示)；

3.使用静态隐式算法对第一步预弯成形后的带料11进行无模回弹模拟，输出在回弹过程中带料释放能量曲线图(如图14所示)；

4.导入第二步弯曲成形所需的第二上、下模13、14等刚体并划分网格，然后对第一步预弯回弹后的带料11进行冲压模拟，并输出冲压力变化曲线图20(如图13所示)；

5.对第二步弯曲成形后的带料11求解回弹，输出在回弹过程中带料11释放能量曲线图(如图15所示)；

6.通过不同方案对成形回弹后带料11的截面线加以比较，发现方案一的第一截面线18和方案二的第二截面线19有交叉，难以比较方案一、二的回弹大小，然后通过对能量的计算与统计进行分析，包括以下步骤：

1)在弯曲成形阶段，上模施加冲压力F于带料11，冲压力曲线20是一条随冲程S变化不规则曲线，为便于计算，对上述曲线拟合成一元多次函数f(s)；

2)应用积分原理求解曲线f(s)与坐标所谓阴影面积值A，由功能转化原理可知面积值A即为带料在弯曲成形阶段吸收的能量值，绘出第一、二步弯曲成形带料吸收的能量变化曲线图(如图16所示)；

3)分别绘出第一、二、三方案中第一步预弯成形后在回弹时带料释放能量的过程曲线图231、232、233(如图14所示)和第一、二、三方案中第二步弯曲成形后在回弹时带料释放能量的过程曲线图241、242、243(如图15所示）；

4)对设计的弯曲方案进行分析，确定较优设计方案，并进一步优化改进，包括以下几步：

(1).应用能量守恒原理，针对第一、二、三方案对经过第一步预弯成形25、第一步预弯回弹26、第二步弯曲成形27和第二步回弹28过程中带料吸收、释放的能量做出第一、二、三曲线图a、b、c(如图16所示)，方便直观对比不同方案之间的能量变化趋势及带料最终所剩余的能量值大小；

(2).绘制随弯曲角变化带料的能量变化趋势图(如图17所示)，比较第一步预弯成形29和第二步弯曲成形30及第一步预弯回弹31和第二步回弹32之间随弯曲角递增带料所吸收、释放的能量，由图中可见，第一步预弯成形29所需外力做功量小于第二步弯曲成形30，第一步预弯回弹31释放能量大于第二步回弹32释放能量，此规律为多步弯曲进一步优化设计寻求方向；

(3).针对第一、二、三方案应用能量守恒原理对第一、二步回弹时带料释放的能量作第一、二、三统计图e、f、g(如图18所示)，由图中可知，在多工步弯曲回弹过程中方案一的带料释放能量最小，即回弹总量最小；

(4).确定回弹量最小的方案一为最优方案。

Claims (1)

1.一种基于能量守恒的精密级进模弯曲成形设计方法，其特征为：其设计步骤如下：

1.使用弯曲前的工位带料作为模拟用的毛坯板料，并施加边界条件约束节点运动；

2.导入第一步预弯成形所需的刚体并划分网格，使用动态显式算法对带料进行预弯冲压模拟，输出冲压力变化曲线图；

3.使用静态隐式算法对第一步预弯成形后的带料进行无模回弹模拟，输出在回弹过程中带料释放能量曲线图；

4.导入第二步弯曲成形所需的刚体并划分网格，然后对第一步预弯回弹后的带料进行冲压模拟，并输出冲压力变化曲线图；

5.对第二步弯曲成形后的带料求解回弹，输出在回弹过程中带料释放能量曲线图；

6.针对前述的技术方案，通过对能量的计算与统计进行分析，包括以下步骤：

1)在弯曲成形阶段，上模施加冲压力于带料，将冲压力曲线拟合成一元多次函数；

2)应用积分原理求解一元多次函数与坐标所围成的阴影面积值，获得带料在弯曲成形阶段吸收的能量值，绘出第一、二步弯曲成形带料吸收的能量变化曲线图；

3)分别绘出第一、二、三方案中第一步预弯成形后在回弹时带料释放能量的过程曲线图和第一、二、三方案中第二步弯曲成形后在回弹时带料释放能量的过程曲线图；

4)对设计的弯曲方案进行分析，确定较优设计方案，并进一步优化改进，包括以下几步：

(1).应用能量守恒原理，针对第一、二、三方案对经过第一步预弯成形、第一步预弯回弹、第二步弯曲成形和第二步回弹过程中带料吸收、释放的能量做出第一、二、三曲线图，直观对比不同方案之间的能量变化趋势及带料最终所剩余的能量值大小；

(2).绘制随弯曲角变化带料的能量变化趋势图，比较第一步预弯成形和第二步弯曲成形及第一步预弯回弹和第二步回弹之间随弯曲角递增带料所吸收、释放的能量，获得第一步预弯成形所需外力做功量小于第二步弯曲成形，第一步预弯回弹释放能量大于第二步回弹释放能量的规律；

(3).针对第一、二、三方案应用能量守恒原理对第一、二步回弹时带料释放的能量作第一、二、三统计图，比较获得在多工步弯曲回弹过程中第一方案的带料释放能量最小；

(4).确定回弹量最小的第一方案为最优方案。