CN103495654A - 一种基于回弹补偿的车门框上条拉弯模型面的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于回弹补偿的车门框上条拉弯模型面设计方法，其特征包括如下步骤：利用CAD软件抽取拉弯件内侧面作为拉弯模型面；根据拉弯件内孔的加工顺序对型面内孔进行修补；抽取并扩大延伸上表面的偏置面作为拉弯模辅助面；提取未补偿模具型面的空间引导线，并将空间引导线投影成两条平面引导线；分别将平面引导线离散成点集，提取各点坐标值以及曲率半径；应用圆弧修正算法，分别对两条平面引导线进行修正；拉伸修正后的平面引导线，拉伸曲面的相交线即为空间引导线，拉弯模截面沿修正后空间引导线规律拉伸，得到回弹补偿后的拉弯模型面。本发明可以提高模具精度，减少修模工作量，为车门框上条拉弯模设计提供一种有效的新方法。

Description

一种基于回弹补偿的车门框上条拉弯模型面的设计方法

技术领域

本发明涉及车门框上条拉弯模型面的设计方法，特别是涉及一种基于回弹补偿的车门框上条拉弯模型面的设计方法。

背景技术

拉弯是型材弯曲成形的重要方法，广范地应用于汽车、飞机的弯曲件成形加工。随着汽车车型更新换代周期变短，对汽车弯曲件的制造周期和质量也提出了更高的要求。车门框上条的拉弯模对其成形质量起着重要作用，拉弯模型面直接影响着车门框上条的成形精度。车门框上条是空间三维变曲率拉弯件，具有复杂截面形状，成形质量难以控制。

回弹是拉弯成形中常见的现象，也是影响拉弯件成形质量的重要因素。回弹产生的原因主要由两个方面：一方面，拉弯件内外缘表层虽然都处在拉应力状态下，但是应力大小不一致，卸载后拉弯件产生回弹；另一方面，拉弯成形时，拉弯件变形包含了弹性形变和塑性形变，卸载后弹性变形部分会恢复，产生回弹。回弹的直接表现在曲率和角度的改变，这种变化使得拉弯件的形状与尺寸与设计要求的存在误差，当误差超过容差后，就成为了成形缺陷。因此，拉弯模设计时，必须考虑回弹对拉弯件成形质量的影响。

传统的拉弯模设计主要依赖设计人员的相关经验。为使拉弯件达到精度要求，需要经验丰富的设计人员不断地对模具型面进行反复修模和试验，直至拉弯件符合成形质量。这样的设计方法具有模具精度差、设计过程繁琐、设计周期长以及设计成本高等问题。综合考虑，必须从坯料阶段就对模具型面进行优化设计，并结合弹性变形进行型面补偿，提高模具精度，缩短设计周期，减少修模工作量。

目前未见针对车门框上条的拉弯模型面设计方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明所要解决的技术问题是，为车门框上条的拉弯模型面设计提供一种基于回弹补偿的车门框上条拉弯模型面的快速设计方法。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种基于回弹补偿的车门框上条拉弯模型面的设计方法，其特征包括如下步骤：

a) 利用CAD软件抽取拉弯件内侧面作为拉弯模型面，偏置距离为零，根据拉弯件内侧面存在凸筋特征，可通过扩大延伸凸筋下表面来获得凸筋后侧的拉弯模型面；

b)根据拉弯件内孔的加工顺序，拉弯模型面上存在后续工序加工的内孔。利用CAD软件对内孔所在的曲面进行扩大延伸，并以后续加工的内孔边线为边界，去除边界外的曲面；

c)根据拉弯件的装配关系以及成形质量要求，利用CAD软件抽取上表面，偏置距离为零，并扩大延伸上表面的偏置面作为拉弯模辅助面，保证拉弯件成形尺寸； 

d)利用CAD软件提取未补偿模具型面的空间引导线，把空间引导线投影至空间直角坐标系的两个坐标平面，将空间引导线投影成两条平面引导线，两条平面引导线不能相交；

e)分别将平面引导线离散成点集，提取各点坐标值以及曲率半径；

f)根据拉弯回弹理论计算回弹量，应用圆弧修正算法，分别对两条平面引导线进行修正，得到两条修正后的平面引导线；

g)拉伸修正后的平面引导线，拉伸曲面的相交线即为空间引导线，拉弯模截面沿修正后空间引导线规律拉伸，得到回弹补偿后的拉弯模型面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种在合理的工艺条件下，形成基于回弹补偿回弹补偿的车门框上条拉弯模型面的设计方法，应用本发明的方法可以提高模具精度，减少修模工作量，为车门框上条拉弯模设计提供一种有效的新方法。

附图说明

图1是本发明实施例车门框上条截面图。

图2是本发明实施例车门框上条局部三维CAD模型。

图3是本发明实施例车门框上条与拉弯模型面接触关系图。

图4是拉弯模型面CAD数字模型。

图5是拉弯模引导线投影示意图。

图6是拉弯模初始点的修正几何示意图。

图7是拉弯模离散点修正几何示意图。

图8是修正前后模具型面对比图。

图中所示为：1-外中侧面；2-外口袋面；3-上表面；4-内口袋面；5-凸筋；6-内中侧面；7-第一辅助面；8-第二型面区域；9-第三型面区域；10-第四型面区域；11-第一型面区域；12-第五型面区域；13-第二辅助面；14-腰型孔；15-平面引导线b；16-平面引导线a；17-模具引导线；18-修正前拉弯模型面；19-修正后拉弯模型面。

 

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明的基于回弹补偿的车门框上条拉弯模型面的设计方法做详细说明。

如图1所示是本发明实施例车门框上条的截面图，图2所示是本发明实施例车门框上条的局部三维CAD模型，从图2中可以看出零件整体呈现弯曲状，将弯曲件内侧的曲面称为内凹面，相应弯曲件外侧曲面称为外凸面。其中内凹面主要包括：内口袋面4、凸筋5以及内中侧面6，外凸面主要包括：外口袋面2和外中侧面1。通过夹钳使得型材内凹面逐步靠模，实现型材紧贴模具拉弯成形；

a)如图3所示，借助数字化设计软件UGNX，抽取拉弯件的内凹面作为模具型面，抽取面与零件的对应曲面的偏置距离为0；在上凸筋后侧，直接扩大延伸凸筋下表面直至与内中侧面6的抽取面相交，设计出一个包含第一型面区域11、第二型面区域8、第三型面区域9、第四型面区域10、第五型面区域12的拉弯模型面。

b)零件的中侧面上存在3个冲孔工艺，其中腰型孔14是在后续的冲压模中完成，因此需要修补腰型孔14。如图4所示，扩展内中侧面6，得到与中侧内面重叠而无工艺孔的曲面，然后以腰型孔14为边界，取出边界以外的曲面，所得的修补腰型孔14后的拉弯模具型面。

c)零件上表面用于与车身密封条贴合，起密封作用，面轮廓度非常重要，抽取零件上表面，扩大延伸上表面抽取面直至与步骤a的模具型面相交于内口袋面4，获得第一辅助面7；底面为车用门框上饰条贴合面，面的宽度方向尺寸相当关键，以第五型面区域12的右边线为起始，第五型面区域12所在曲面为参考，规律拉伸夹角90°的第二辅助面13，拉伸长度为2mm。

d)如图5所示，在步骤a获得的车门框上条拉弯模型面上抽取一条模具引导线17，分别以XY和XZ坐标平面为基准面，把模具引导线17分别沿着-Y投影至XY，沿着-Z方向投影至XZ平面，得到两条不相交的平面引导线a15和平面引导线b16。

e)借助UGNX软件按照等参数方式对平面引导线a15进行离散成150个点，依次为P ₁、P ₂、P ₃……P ₁₅₀，从UGNX软件中输出离散点的坐标和曲率半径，定义第i个离散点为                                                

，对应法向矢量为，曲率中心为

，修正后获得离散点为

，其对应的曲率中心为

。同理，对平面引导线b16进行离散成150个点，依次为Q₁、Q₂、Q₃……Q₁₅₀，通过UGNX软件获得离散点的坐标和曲率，定义第i个离散点为

，对应法向矢量为，曲率中心为，修正后获得离散点为

，其对应的曲率中心为

。

f)根据圆弧回弹理论，分析修正前后

、

和

、

的几何关系，推导如图所示的离散点几何关系；借助MATLAB软件编写回弹计算方程，并将MATLAB输出的坐标导入UGNX中，拟合修正后的离散点得到修正后的平面引导线；同理获得修正后的平面引导线。

g)将平面引导线

和

拉伸成相交面，相交曲线即为修正后的空间引导线。如图8所示，根据修正后空间引导线的规律，调整修正前的拉弯模型面18，获得修正后的拉弯模型面19。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于回弹补偿的车门框上条拉弯模型面的设计方法，其特征包括如下步骤： 

a)利用CAD软件抽取拉弯件内侧面作为拉弯模型面，偏置距离为零，根据拉弯件内侧面存在凸筋特征，可通过扩大延伸凸筋下表面来获得凸筋后侧的拉弯模型面；

b)根据拉弯件内孔的加工顺序，拉弯模型面上存在后续工序加工的内孔,利用CAD软件对内孔所在的曲面进行扩大延伸，并以后续加工的内孔边线为边界，去除边界外的曲面； 

c) 根据拉弯件的装配关系以及成形质量要求，利用CAD软件抽取上表面，偏置距离为零，并扩大延伸上表面的偏置面作为拉弯模辅助面，保证拉弯件成形尺寸； 

d) 利用CAD软件提取未补偿模具型面的空间引导线，把空间引导线投影至空间直角坐标系的两个坐标平面，将空间引导线投影成两条平面引导线，两条平面引导线不能相交；

e) 分别将平面引导线离散成点集，提取各点坐标值以及曲率半径；

f) 根据拉弯回弹理论，计算回弹量；应用圆弧修正算法，分别对两条平面引导线进行修正，得到两条修正后的平面引导线；

g)拉伸修正后的平面引导线，拉伸曲面的相交线即为空间引导线，拉弯模截面沿修正后空间引导线规律拉伸，得到回弹补偿后的拉弯模型面。

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