CN103455653A - 为金属片部件的深冲压加工模拟创建计算机模型的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了为金属片部件的深冲压加工模拟创建计算机模型的系统和方法。一旦从用户接收到请求，就顺序显示一系列计算机生成的直观图。该请求是用于为特定类型的深冲压加工模拟创建计算机模型。该计算机模型包括用于每个特定类型的模拟的一定数量的组件。该直观图配置成用于吸引用户注意哪个组件正在被处理。每个直观图包括以三种不同指示方案（indicative schemes）显示的图标。第一指示方案显示并未被处理的组件。第二指示方案显示当前被处理的组件，而第三指示方案显示之前被处理的组件。为每个特定类型的模拟预先确定该系列直观图的顺序，以最小化计算机模型创建过程中的人为错误。

Description

为金属片部件的深冲压加工模拟创建计算机模型的系统和方法

技术领域

本发明总的涉及机械计算机辅助工程（CAE）分析的计算机模型创建，更具体地说，涉及为金属片部件的深冲压加工模拟创建计算机模型的系统和方法。

背景技术

多年来，在工业生产中一直使用金属片成形来将毛坯金属片制造成金属部件，例如汽车制造厂和其供应商使用金属片成形来生产许多部件。一种最常用的金属片成形工艺是深冲压，其采用水力或机械压力将特定形状的冲压机挤压到匹配的模具上，在模具和冲压机之间，设有毛坯金属片。由该方法制造的示例产品包括但不限于汽车引擎盖、挡泥板、门、汽车燃料槽、厨房水槽、铝罐等等。在模具的某些区域，部件或产品的深度通常大于其直径的一半。因此，由于零件或者产品的几何形状，拉伸毛坯使其在不同的位置变薄。该部件或产品仅在没有结构缺陷时（如材料缺陷，例如破裂、撕裂、起皱、缩颈等）是良好的。

为了成功地制造金属片部件，现在很多制造商使用计算机或数值模拟（例如计算机辅助工程设计分析（CAE））。一个有用的计算机模拟是基于有限元分析（FEA），它是计算机处理的方法，广泛用于工业以建模并解决与复杂系统相关的工程问题。有限元分析的名称源于对所关注的目标物体的几何特征进行描述的方式。随着现代数字计算机的出现，FEA已在FEA软件中实现。FEA软件可分为两个基本类型，即隐式FEA软件和显式FEA软件。隐式FEA软件使用隐式方程解算器求解线性耦合方程系。该软件通常用于模拟静态或准静态问题。显式FEA软件并不求解耦合方程而是假定这些方程没有耦合而直接求解未知数。显式FEA软件通常使用需要非常小的求解周期或时间步骤的中心差分时间积分使得该方法稳定且精确。显式FEA软件通常用于模拟其中动力学很重要的短周期事件，如撞击类型的事件。

在对金属片部件的深冲压加工进行模拟的过程中，可以在计算机系统中为应用模块定义和分配多个FEA模型以执行该模拟。现有技术的方法通常依赖于用户的知识。因此较为理想的是开发出为金属片部件的深冲压加工模拟创建计算机模型的系统和方法。

发明内容

本发明公开了为金属片部件的深冲压加工模拟创建计算机模型的系统和方法。根据本发明的一个方面，一旦从用户接收到请求，就顺序显示一系列计算机生成的直观图（visual diagrams）。该请求是用于为特定类型的深冲压加工模拟创建计算机模型。该计算机模型包括用于每个特定类型的模拟的一定数量的组件。该直观图配置成用于吸引用户注意哪个组件正在被处理。每个图包括以三种不同指示方案（indicative schemes）显示的图标。第一指示方案显示未被处理的组件。第二指示方案显示当前被处理的组件，而第三指示方案显示之前被处理的组件。为每个特定类型的模拟预先确定该系列直观图的顺序，以最小化计算机模型创建过程中的人为错误。

根据另一方面，所述第一指示方案配置成以红色显示组件，第二指示方案配置成以闪烁黄显示组件，而第三指示方案以绿色显示组件。

通过结合附图详阅接下来对实施例的详细描述，本发明的其它目标、特征和优点将是显而易见的。

附图说明

参照下列描述、附加的权利要求和附图可以更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。

图1是用于深冲压加工金属片部件的拉伸（draw）模具的示例装配的正视截面图；

图2是示例的金属片部件的一系列相关深冲压加工模拟的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的、为金属片部件的深冲压加工模拟创建计算机模型的方法的流程图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的、示例性的直观图；

图5A-D示出了根据本发明的实施例的、在直观图中显示示意图标的一系列示例指示方案；

图6是示例的计算机的主要部件的功能框图，可在其中执行本发明的一个实施例。

具体实施方式

参照图1，示出了金属片毛坯或毛坯120（也就是在成形之前的未成形的金属片板材）靠在位于上模具腔110和冲压机130之间的毛坯支撑器108上。当模具沿拉伸轴线（示出为箭头140）方向下压到冲压机130上时，毛坯110形成金属片部件。模具110具有产品设计部分102、压料面部分106a-b和工艺补充面部分104a-b。工艺补充面部分104a-b和设计面部分102之间的边界称为修边线103a-b，而工艺补充面部分104a-b和压料面部分106a-b之间的直接相交线（direct intersection）称为理论冲压分模线（opening line）105a-b。修边线大部分是闭合的，且在金属片部件中，可有一条以上的闭合修边线。可具有上百条闭合修边线以形成复杂的金属片部件。

产品表面包含在成形过程最后的金属片部件的期望图样（pattern）/形状，在成形过程之后即是修边操作。压料面部分用于在成形过程中支撑毛坯。工艺补充面部分在产品设计面部分和压料面部分之间提供缓冲或过渡区。在毛坯经冲压成形以后，沿着闭合修边线剪切出金属片部件。良好或恰当设计的修边线允许制造者直接或更快地将毛坯转换成其最终形状，因此显著降低金属片部件的制造费用。

对于金属片部件的深冲压加工模拟，可执行多个不同类型的模拟。图2列出了示例的一系列模拟。该示例系列是金属成形模拟200（例如从金属片形成汽车部件）。金属成形模拟200包括数个阶段：1）重力加载202，2）压料圈成形（binder wrapping）204，3）降低冲压机206，4）回弹释放压料面（binderrelease for springback）208和5）卷边和加重平衡210。

图3是为金属片部件的深冲压加工模拟创建计算机模型的示范性方法300的流程图。该方法优选在软件中执行且可参照其他附图特别是图4,5A-D理解。

该方法始于“空闲”状态直至在测试302检测到来自用户的请求。该请求意味着用户渴望为特定类型的深冲压加工模拟创建计算机模型。示例的模拟类型在图2中示出。

在步骤304，一旦检测到了用户请求，该方法300在计算机监视器上显示直观图，其中该计算机监视器适用于可以安装计算机模型创建应用模块的计算机系统（如图6的计算机系统600）。典型的直观图包括但不限于弹窗、允许用于与计算机模型创建应用模型交互的计算机监视器区域。图4示出了示例直观图400，其描述了多个图标410（在图5A-D更详细地进行了说明），每个所述图标410对应于该特定类型的模拟的计算机模型的组件中的一个。另外，该图标开始以第一指示方案显示或未被处理。

在该初始步骤完成之后，方法300开始处理计算机模型的创建。特别地，可以预先确定的顺序（例如，在计算机模型创建应用模块中预先编程的顺序）处理计算机模型的组件（例如用户定义的顺序）。在步骤306中，一旦从用户接收指令，方法300以第二指示方案突出表示对应于当前被处理的组件的图标。方法300还以第三指示方案显示对应于之前被处理的组件的图标。该第二指示方案配置成吸引用户注意当前被处理的组件，而第三指示方案用于已经被处理的那些组件。

在步骤308，方法300提示用户将计算机网格（例如有限元分析网格）与突出表示的或是当前被处理的组件关联。接着，在测试310，确定计算机模型的另一组件是否需要处理。如果是，该方法300返回且重复步骤306-380直至没有更多的组件将要被处理。接着，方法300回到“空闲”状态以等待另一用户请求。

为了示范用于显示直观图中的图标的三种不同指示方案，在图5A-5D中示出示例的一系列深冲压加工模拟模型创建。图5A示出了对应于模具的第一图标501，对应于金属片毛坯的第二图标502，对应于冲压机的第三图标503和对应于拉延筋的第四图标504。在该例子中，模型创建的预先确定顺序如下：a)模具，b）毛坯，c）冲压机和4）拉延筋。开始，全部的图标501-504以第一指示方案（细实心线）显示，因为全部组件均没有被处理（也就是由用户定义或与计算机网格关联）。

接着，当第一组件（模具）被处理时，第一图标501以图5B中所示的第二指示方案（点划线）突出表示。如图5C所示，在第一组件被处理完之后，以第二指示方案突出表示第二组件（金属片毛坯），而采用第三指示方案（粗实心线）显示之前处理的组件（在该情况下，第一组件）以表示已经被处理或者定义的组件。该系列的直观图以下一组件继续（未示出）至少全部的组件均被处理或者定义。图5D示出了已经被定义因此以第三指示方案显示的全部图标501-504。

根据一个实施例，第一、第二和第三指示方案可以配置成在彩色计算机监视器上具有三个不同颜色。根据另一实施例，第二指示方案可以配置成具有闪烁显示以强调当前被处理的组件。本领域技术人员了解多种不同的已知方案可以用于表示这三种指示方案。

根据一方面，本发明涉及一个或多个能够执行在此描述的功能的计算机系统。计算机系统600的例子在图6中示出。计算机系统600包括一个或多个处理器，例如处理器604。处理器604连接到计算机系统内部通信总线602。关于该示范性的计算机系统，有各种软件实现的描述。在读完这一描述后，相关技术领域的人员将会明白如何使用其它计算机系统和/或计算机架构来实施本发明。

计算机系统600还包括主存储器608，优选随机存取存储器（RAM），还可包括辅助存储器610。辅助存储器610包括例如一个或多个硬盘驱动器612和/或一个或多个可移除存储驱动器614，它们代表软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器等。可移除存储驱动器614用已知的方式从可移除存储单元618中读取和/或向可移除存储单元618中写入。可移除存储单元618代表可以由可移除存储驱动器614读取和写入的软盘、磁带、光盘等。可以理解，可移除存储单元618包括其上存储有计算机软件和/或数据的计算机可用存储媒介。

在可选实施例中，辅助存储器610可包括其它类似的装置，允许计算机程序或者其它指令被装载到计算机系统600。这样的装置包括例如可移动存储单元622和接口620。这样的例子可包括程序盒式存储器和盒式存储器接口（例如，视频游戏设备中的那些）、可移动存储芯片（例如可擦除可编程只读存储器（EPROM））、通用串行总线（USB）闪存、或者PROM）以及相关的插槽、以及其它可移动存储单元622和允许软件和数据从可移动存储单元622传递到计算机系统600的接口620。通常，计算机系统600由操作系统（OS）软件控制和管理，操作系统执行例如进程调度、存储器管理、网络连接和I/O服务。

可以还设有连接到总线602的通信接口624。通信接口624允许软件和数据在计算机系统600和外部设备之间传递。通信接口624的例子包括调制解调器、网络接口（例如以太网卡）、通信端口、个人计算机存储卡国际协会（PCMCIA）插槽和卡等等。经通信接口624传输的软件和数据可以以信号628的形式，其可以是电信号、电磁信号、光信号或其他能够被通信接口624接收的信号的形式。计算机600通过根据一套特定的规则（即协议），通过数据网络来与其它计算设备进行通信。常见的协议之一是经常在因特网上使用的TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）。一般来说，通信接口624将数据文件打包成较小的数据包并通过数据网络传输该数据包，或者对接收的数据包重新组装来获得原始数据文件。此外，通信接口624处理每个数据包的地址部分，以便使其到达正确的目标端口，或者以拦截最终目标为计算机600的数据包。在本文中，术语“计算机程序介质”和“计算机可用的介质”被用来泛指诸如可移动存储驱动器614（例如，闪存驱动器）的介质，和/或安装在硬盘驱动器612中的硬盘。这些计算机程序产品是用于为计算机系统600提供软件的装置。本发明涉及这样的计算机程序产品。

计算机系统600还包括输入/输出（I/O）接口630，它使得计算机系统600能够接入显示器、键盘、鼠标、打印机、扫描仪、绘图仪、以及类似设备。

计算机程序（也被称为计算机控制逻辑）作为应用模块606存储在主存储器608和/或辅助存储器610中。也可通过通信接口624接收计算机程序。这样的计算机程序被执行时，使得计算机系统600执行如在此所讨论的本发明的特征。特别地，当执行该计算机程序时，使得处理器604执行本发明的特征。因此，这样的计算机程序代表计算机系统600的控制器。

在本发明采用软件实现的实施例中，该软件可存储在计算机程序产品中，并可使用可移除存储驱动器614、硬盘驱动器612、或者通信接口624加载到计算机系统600中。应用模块606被处理器604执行时，使得处理器604执行如在此所述的本发明的功能。

主存储器608可被加载一个或多个应用模块606，所述应用模块606可被一个或多个处理器604执行以实现期望的任务，所述处理器可具有或不具有通过I/O接口630输入的用户输入。在运行中，当至少一个处理器604执行一个应用模块606时，结果被计算并存储在辅助存储器610（也就是，硬盘驱动器612）中。计算机模型创建（例如，有限元分析）的状态以文字或者图形表示的方式通过I/O接口630报告给用户。

虽然参照特定的实施例对本发明进行了描述，但是这些实施例仅仅是解释性的，并不用于限制本发明。本技术领域的人员可得到暗示，对具体公开的示范性实施例做出各种修改和改变。例如，虽然在此仅描述和示出深冲压加工模拟的一个特定类型（3-件式气枕压延（air draw）），还可以使用其他的类型，例如肘杆式拉伸（toggle draw）、修边等等。总之，不能用在此公开的特定的典型实施例来限定本发明的保护范围，并且，所有可轻易地对本领域普通技术人员能起到暗示作用的所有改动仍应涵盖在本专利申请和所附加的权利要求的的精神和范围之内。

Claims (11)

1.一种为金属片部件的深冲压加工模拟创建计算机模型的方法，其特征在于，所述方法包括：

（a）从用户接收在计算机系统中为特定类型的深冲压加工模拟创建计算机模型的请求，所述计算机系统上安装有计算机模型创建应用模块，所述计算机模型包含在所述特定类型的深冲压加工模拟中需要的多个组件，且所述组件以预先约定的顺序创建；

（b）在适用于所述计算机系统的计算机监视器上显示直观图，所述直观图描述了多个图标，每个图标对应于一个所述组件，以第一指示方案显示所述图标；

（c）一旦从用户接收到指示，就在所述直观图中以第二指示方案突出显示对应于所述组件中当前被处理的组件的图标，且以第三指示方案显示之前突出显示的图标；

（d）提示所述用户将计算机网格与所述当前被处理的组件关联；

（e）重复步骤（c）-（d）直至全部的所述组件以所述预先确定的顺序被所述各个计算机网格处理或关联，结果创建所述计算机模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算机模型是有限元分析模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直观图配置成用于协助所述用户创建所述计算机模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述直观图是弹窗。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述直观图是所述计算机监视器的允许用户和所述计算机模型创建应用模块之间交互会话的区域。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一指示方案配置成示出对应于没有被处理的组件的图标。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二指示方案配置成引起用户注意工作在当前被处理的组件。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三指示方案配置成示出对应于已经被处理的组件的图标。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定类型的深冲压加工模拟包括重力加载、压料圈成形、降低冲压机、回弹或卷边。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个组件包括模具、金属片毛坯、冲压机和拉延筋。

11.一种为金属片部件的深冲压加工模拟创建计算机模型的系统，其特征在于，所述系统包括：

输入/输出（I/O）接口;

存储器，存储用于计算机模型创建应用模块的计算机可读代码；

至少一个处理器，耦连所述存储器，所述至少一个处理器执行所述存储器中的所述计算机可读代码，以使得所述计算机模型创建应用模块执行以下操作：

（a）从用户接收为特定类型的深冲压加工模拟创建计算机模型的请求，所述计算机模型包含在所述特定类型的深冲压加工模拟中需要的多个组件，且所述组件以预先约定的顺序创建；

（b）在适用于所述系统的计算机监视器上显示直观图，所述直观图描述了多个图标，每个图标对应于一个所述组件，以第一指示方案显示所述图标；

（c）一旦从用户接收到指示，就在所述直观图中以第二指示方案突出显示对应于所述组件中的当前被处理的组件的图标，且以第三指示方案显示之前突出显示的图标；

（d）提示所述用户将计算机网格与所述当前被处理的组件关联；以及

（e）重复步骤（c）-（d）直至全部的所述组件以所述预先确定的顺序被所述各个计算机网格处理或关联，结果创建所述计算机模型。

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