CN102799735B - 一种基于工艺参数控制的回弹补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于工艺参数控制的回弹补偿方法，包括：在零件不出现拉裂和起皱缺陷时，获得最小回弹量和最大回弹量对应的工艺参数若干组合,所述工艺参数包括拉延筋阻力、压边力和摩擦系数；在回弹量最大的工艺参数若干组合中，以拉延筋阻力、压边力、摩擦系数都取较小值的组合所对应的最大回弹量的型面作为基准计算获得模具补偿型面；在回弹量最小的工艺参数若干组合中，以拉延筋阻力和摩擦系数取较大值且压边力取较小值的组合作为补偿后型面的工艺参数组合；通过钳工打磨拉延筋，减小拉延筋阻力逐渐增加回弹量使回弹后型面慢慢逼近CAD型面，若打磨过多就通过增加压边力来进行控制，从而冲压出符合要求的零件。

Description

一种基于工艺参数控制的回弹补偿方法

技术领域

本发明涉及一种冲压零件的回弹补偿方法，尤其涉及一种基于工艺参数控制的回弹补偿方法。

背景技术

回弹是板料冲压成形无法避免的现象，也是成形缺陷中最难以解决的问题。回弹影响零件的形状精度，给后续装配焊接工艺带来极大的困难。回弹的解决方法有两种：一是工艺控制法，即通过改变冲压工艺参数来提高零件的拉伸效应以减小回弹，但该方法无法完全消除回弹；二是模具型面补偿法，通过对模具设计型面进行预修正，使得回弹后的形状正好与设计模型一致，这种方法可以从根本上消除回弹的影响。回弹补偿型面的构建是补偿过程的难点，通常采用基于有限元回弹仿真迭代计算来获取补偿的型面，由于仿真技术还无法准确地计算回弹，因此在模具实际调试过程中还需要在补偿的基础上反复试冲、调整工艺参数，以图在回弹补偿的基础上通过工艺参数的调整实现回弹的控制。由于工艺参数不但影响着回弹，还影响着拉裂和起皱这些缺陷的产生，因此在保证不起皱、拉裂的情况下工艺参数控制回弹的量是有一定限度的。而回弹仿真计算作为回弹补偿的基础，其计算的回弹量大小与工艺参数有着直接联系，因此模具补偿型面与工艺参数的选择有着直接联系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于工艺参数控制的回弹补偿方法，指导技术人员和工程师如何选择合适的补偿型面，在确保不出现拉裂、起皱缺陷的情况下使得工艺参数控制回弹达到最好的效果。

本发明实现其目的所采用的技术方案：一种基于工艺参数控制的回弹补偿方法，包括如下步骤：

(a)在零件不出现拉裂和起皱缺陷时，获得最小回弹量和最大回弹量对应的工艺参数若干组合,所述工艺参数包括拉延筋阻力、压边力和摩擦系数。

(b)在回弹量最大的工艺参数若干组合中，以拉延筋阻力、压边力、摩擦系数都取较小值的组合所对应的最大回弹量的型面作为基准计算获得模具补偿型面。

(c)在回弹量最小的工艺参数若干组合中，以拉延筋阻力和摩擦系数取较大值且压边力取较小值的组合作为补偿后型面的工艺参数组合。

(d)通过钳工打磨拉延筋，减小拉延筋阻力逐渐增加回弹量使回弹后型面慢慢逼近CAD型面，若打磨过多就通过增加压边力来进行控制，从而冲压出符合要求的零件。

其中，步骤(a)包括：

采用实验设计（DOE）、响应面模型（RS）和遗传算法（GA）相结合的优化策略：以满足包括不出现起皱和拉裂缺陷在内的零件成形性为约束条件，以回弹量取最大值为优化目标，记为优化1，获得零件产生最大回弹量时的工艺参数若干组合；以满足上述零件成形性和工艺调整性为约束条件，以回弹量取最小值为优化目标，记为优化2，获得零件产生最小回弹量时的工艺参数若干组合。

其中，步骤(b)包括：

利用步骤(a)中优化1得到的工艺参数若干组合，选用拉延筋阻力、压边力、摩擦系数都取较小值的组合所对应的最大回弹量的型面作为基准型面，利用基于节点位移的回弹补偿方法获得所述模具补偿型面。

本发明的有益效果是：由于以工艺控制的回弹量最大值为基准构建模具补偿型面，以回弹最小的工艺参数组合作为设计工艺参数，这样在实际模具修正的过程中可以有效地保证工艺控制回弹的区间，增加了回弹控制的稳健性。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1为基于工艺控制回弹补偿方法实施流程；

图2为某型车前端下部内梁三维CAD模型；

图3为原始模具工艺型面与模具补偿型面的三维CAD模型；

图4为利用本发明方法进行工艺控制后的内梁零件成形结果。

具体实施方式

一种基于工艺参数控制的回弹补偿方法，基本流程如图1所示，以较小工艺参数组合对应的最大回弹型面为基准计算获得模具补偿型面，同时以较大工艺参数对应的工艺参数组合作为补偿型面的工艺参数，并且，较大工艺参数所对应的工艺参数组合选择按照拉延筋阻力和摩擦系数取较大值、压边力取较小值来进行，这样既保证了工艺控制回弹量的最大空间，又使得制造成本尽可能低。

下面以图2所示某型车前端下部内梁为例具体介绍本发明，图中浅色部分为零件CAD模型，深色部分为工艺设计模型。一种基于工艺参数控制的回弹补偿方法的具体步骤如下：

(a)将拉延阻力db（等效）、压边力hd以及摩擦系数f作为优化参数，并且，由于此梁回弹只在单截面上显著，以梁末端的最大法向位移作为目标函数，以最大增厚率和最大减薄率作为约束函数，构建的优化数学模型如下：

$\left\{\begin{array}{c}X=\{\mathrm{db},\mathrm{hd},f\}\\ \min \max f\left(X\right)\end{array}\right.$ $\mathrm{st}.\left\{\begin{array}{c}0\≤{\mathrm{\Δt}}_{\max }\≤0.05\\ 0\≤\mathrm{\Δ}{t}_{\min }\≤0.25\\ 25\≤\mathrm{db}\≤275\\ 30\≤\mathrm{hd}\≤260\\ 0.1\≤f\≤0.15\end{array}\right.$

根据影响是否显著，剔除2阶多项式响应面模型中的相应系数，简化拟合方程，得到最终获得的优化模型为：

f(db,hd,f)＝25.01+0.005364×db+0.006009×hd-33.38×f

-7.896e-005×db×hd-0.0001161×db²

而约束函数的拟合方程（增厚率、减薄率）分别为：

g(db,hd,f)₁＝32.27-0.009873×db-0.01825×hd-251.7×f+0.2152×db×f

0.2266×hd×f+8.465e-005×db²+907.1×f²

g(db,hd,f)₂＝10.10-0.02432×db-0.01169×hd-9.055×f+2.184e-005×db×hd

采用遗传算法，初始种群设为20，变异率取为0.01，交叉率取为0.85，进行迭代求解，当满足条件收敛时：

f(db,hd,f)_min＝13.34mm，此时(db,hd,f)_min＝(241,45,0.136)；

f(db,hd,f)_max＝21.40mm，此时(db,hd,f)_max＝(38,260,0.15)。

为了验证结果的可靠性，分别采用最大回弹量和最小回弹量对应的工艺参数组合进行有限元数值模拟验证。

(db,hd,f)_max＝(38,260,0.15)；f(db，hd，f)_实际＝20.36mm，相对误差为5%；

(db，hd，f)_min=(241,45,0.136)；f(db，hd，f)_实际＝13.05mm，相对误差为2.2%。

显然，满足设计的要求，进一步验证了优化模型的正确性。

(b)利用步骤(a)中得到的(db,hd,f)_max＝(38,260,0.15)工艺参数组合进行有限元数值模拟，采用基于节点位移的方式实现型面的回弹补偿，如图3所示即为补偿型面与原始型面对照，其中，上层为原始型面，下层为补偿型面。

(c)利用步骤(a)中得到的(db，hd，f)_min=(241,45,0.136)工艺参数组合作为补偿后型面的工艺参数。

(d)然后采用补偿后的型面进行仿真计算，实际回弹值略小于仿真值(由于采用了较大工艺参数组合)，于是采用改变拉延筋形式和减少摩擦系数，最终的工艺参数组合为(bd,hd,f)_min＝(200,215,0.125)时，根据补偿的型面，同时进行了冲压实验，同理，采用工艺控制(调整拉延筋形式、打磨表面、改变压边力)，在允许区间内改变其值，最终将最大偏差控制在±0.5mm左右，达到了设计的要求，采用检具和间隙尺进行测量左侧最大偏差为0.1mm(减掉检具垫高厚度5mm)，如图4所示。

利用本发明中的基于工艺参数控制的回弹补偿方法，在实际模具修正的过程中可以有效的保证工艺控制回弹的区间，增加了回弹控制的稳健性。

以上仅是本发明的优选实施方案，本发明的保护范围并不仅局限于上述实例，凡属于本发明思路下的技术方案均视为本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于工艺参数控制的回弹补偿方法，包括如下步骤：

步骤1：在零件不出现拉裂和起皱缺陷时，获得最小回弹量和最大回弹量对应的工艺参数若干组合,所述工艺参数包括拉延筋阻力、压边力和摩擦系数；

步骤2：在回弹量最大的工艺参数若干组合中，以拉延筋阻力、压边力、摩擦系数都取最小值的组合所对应的最大回弹量的型面作为基准计算获得模具补偿型面；

步骤3：在回弹量最小的工艺参数若干组合中，以拉延筋阻力和摩擦系数取最大值且压边力取最小值的组合作为补偿后型面的工艺参数组合；

步骤4：通过钳工打磨拉延筋，减小拉延筋阻力逐渐增加回弹量使回弹后型面慢慢逼近CAD型面，若打磨过多就通过增加压边力来进行控制，从而冲压出符合要求的零件。

2.如权利要求1所述的基于工艺参数控制的回弹补偿方法，其特征在于：

所述步骤1包括：采用实验设计(DOE)、响应面模型(RS)和遗传算法(GA)相结合的优化策略，以满足包括不出现起皱和拉裂缺陷在内的零件成形性为约束条件，以回弹量取最大值为优化目标，记为优化1，获得零件产生最大回弹量时的工艺参数若干组合；以满足上述零件成形性和工艺调整性为约束条件，以回弹量取最小值为优化目标，记为优化2，获得零件产生最小回弹量时的工艺参数若干组合。

3.如权利要求2所述的基于工艺参数控制的回弹补偿方法，其特征在于：

所述的步骤2包括：利用步骤1中优化1得到的工艺参数若干组合，选用拉延筋阻力、压边力、摩擦系数都取最小值的组合所对应的最大回弹量的型面作为基准型面，利用基于节点位移的回弹补偿方法获得所述模具补偿型面。