CN104615809A - 采用逆向反求因子的回弹补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明采用逆向反求因子的回弹补偿方法，将试模冲压件当作假想的产品零件，进行成形、回弹仿真，计算出仿真回弹量；通过强制变形仿真方法，计算出试模模面和试模件之间的差值作为真实补偿量，进而计算出补偿因子；再将该补偿因子应用到实际设计零件的模面补偿中。通过将本发明用于二维弯曲件的成形中，只需进行一次补偿就能很好地控制回弹，大大提高了补偿效率，减小了试模次数，本发明为二维弯曲件的回弹补偿提供了参考和依据。

Description

采用逆向反求因子的回弹补偿方法

技术领域

本发明涉及一种采用逆向反求因子的回弹补偿方法。

背景技术

回弹是冲压成形中普遍存在的问题，尤其是在弯曲和浅拉延过程中更为严重，它直接影响到冲压件的形状和尺寸精度，会给后续的装配工艺带来困难。近年来高强度钢在汽车上的使用量逐年增加，强度级别也在不断提高，使得由回弹带来的成形精度问题越来越突出。

冲压成形仿真技术已广泛应用于汽车工业，但由于冲压成形研究涉及力学、材料学、制造工艺学和数值计算方法等多个学科，影响数值仿真技术的参数极其复杂，回弹仿真误差大约在25％左右。如果根据回弹仿真结果进行补偿，得到的补偿是不理想的；如果根据实际成形结果进行补偿，只能通过多次试模，增加制造周期和成本。

目前回弹补偿方法主要有两种：应力反向法(FDM)和位移调整补偿法(DAM)。应力反向法(FDM)对于大回弹和非对称件，存在回弹补偿迭代不收敛问题，即使是对称工件和小回弹的情况，其达到最终所需产品形状的计算收敛次数也较多。位移调整法(DAM)本质上只是一种纯几何的经验方法，如图1所示。

发明内容

本发明的目的在于提出一种冲压成形中采用逆向反求因子的回弹补偿方法，用以提高回弹补偿效率。

本发明采用逆向反求因子的回弹补偿方法，包括如下步骤：

步骤1、以实际产品零件R设计制造试模模面，冲压获得试模冲压件，实际产品零件R＝{r_i|r_i∈R³}，其中1≤i≤n，n为构成产品的节点总数；

步骤2、通过逆向工程技术获得试模冲压件的数字模型，即试模冲压件的重构型面，将该试模冲压件重构型面当作假想的产品零件R′进行成形模拟和回弹仿真，得到假想的产品零件R′的仿真网格型面R′＝{r′_i|r′_i∈R³}，其中1≤i≤n，仿真回弹型面S′，S′＝{s′_i|s′_i∈R³}，其中1≤i≤n，建立假想的产品零件R′的仿真网格型面与仿真回弹型面S′的节点对应映射关系，并计算出各节点的位移ε_i作为试模冲压件的仿真回弹量ε_i，再求其均方根偏差：

$\mathrm{\Δs}={\left({(\mathrm{\Σ}{({\mathrm{\ϵ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}})}^2/(n-1))}^{0.5}\right)}^{0.5}---\left(6\right);$

步骤3、通过强制变形仿真的方法，将试模冲压件重构型面转化成有限元网格模型，通过仿真技术将回弹仿真型面贴合到试模冲压件重构型面，变形后的网格型面与试模冲压件形状一致，建立实际产品零件R的试模模面与试模冲压件的节点对应映射关系，并计算出各节点的位移e_i作为试模冲压件的真实补偿量，再求其均方根偏差：

$\mathrm{\Δc}={\left({(\mathrm{\Σ}{(e_i-\stackrel{\‾}{e})}^2/(n-1))}^{0.5}\right)}^{0.5}---\left(7\right)$

步骤4、通过假想的产品零件，即试模冲压件的真实补偿量和仿真回弹量计算出补偿因子α₀：

α₀＝Δc/Δs  (8)

步骤5、将该补偿因子α₀用于实际设计零件R的模面几何修正中,进行回弹补偿的几何修正，获得补偿后产品成形模面。

本发明将试模冲压件当作假想的产品零件，进行成形、回弹仿真，计算出仿真回弹量；通过强制变形仿真方法，计算出试模模面和试模件之间的差值作为真实补偿量，进而计算出补偿因子；再将该补偿因子应用到实际设计零件的模面补偿中。假设冲压件在小变形及仿真参数、冲压工艺不变的条件下，补偿因子基本保持不变。实际设计零件和试模冲压件之间属于小变形，由试模冲压件反求得到的补偿因子对设计零件也是适用的，将该补偿因子用于设计零件的模面几何修正。通过将本发明用于二维弯曲件的成形中，只需进行一次补偿就能很好地控制回弹，大大提高了补偿效率，减小了试模次数。本发明为二维弯曲件的回弹补偿提供了参考和依据。

附图说明

图1为位移调整补偿法流程示意图；

图2为本发明采用的反求因子求算流程示意图；

图3为本发明中试模件的回弹及补偿图示；

图4为本发明以补偿因子α₀对产品模型进行模面几何修正图示；

图5为本发明中强制变形示意图；

图6为弯曲件CAD模型；

图7为弯曲件有限元模型；

图8为试模冲压件与设计产品零件二维截面比较示意图；

图9为试模冲压件重新构建有限元模型示意图；

图10为补偿后模面(凸模)示意图；

图11为修模后冲压件与设计产品零件二维截面比较示意图；

图12为产品截面线重要尺寸示意图；

图13为设计产品零件与修模前后冲压件截面重要尺寸对比分析表。

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详述。

具体实施方式

回弹补偿的几何修正法中，产品零件被离散为有限个单元网格，假设补偿后产品成形模面为C，是由n个节点构成的单元集合，回弹后的产品型面为S，即：

C＝{c_i|c_i∈C³} 1≤i≤n    (1)

S＝{s_i|s_i∈S³} 1≤i≤n       (2)设计产品零件R，表示为：

R＝{r_i|r_i∈R³} 1≤i≤n     (3)对产品零件R进行回弹补偿的几何修正，修正的过程可表述为：

C＝R-α(S-R)  (4)

式中α为补偿因子；

由于α值不能精准地预先确定以及成形过程中的非线性，补偿后冲压产品的回弹件与设计产品形状往往有一定偏差。为避免未知α值的问题，模面的补偿几何修正通常是一个迭代的过程。取α＝1，即迭代法模面几何修正为：

C^j+1＝C^j+1·(S^j-R)  (5)

理论上，经过若干次迭代后，将得到设计产品形状，但是如果该迭代是在有限元分析的基础上进行的，由于回弹仿真的精度大约在75％左右，这样即使得到了看似精确的补偿面，实际冲压后的回弹件也会和设计产品形状有差别。如果该迭代是在实测冲压件型面的基础上进行的，虽然不存在计算回弹量的节点信息，但需要反复修模，增加模具的制造成本。因此，采用一步法模面几何修正仍然是回弹补偿重点研究方向之一，关键是如何获得精确的补偿因子。

模面几何修正中，补偿量是一个带有方向的矢量，因此必须同时确定回弹补偿因子的大小和方向。目前常用的回弹补偿方向有冲压反方向、节点位移方向和法线方向等。对应节点位移方向补偿反映了回弹转动的趋势，补偿精度相对较高，并且节点信息可以通过有限元分析获得。如果能获得一个精确的补偿因子，那么一步法模面几何修正能取得很好的效果。

设计产品零件R经过微小变形，试模冲压件或仿真回弹后的产品型面S会发生变化，相应地，补偿后产品成形模面C也会发生变化。考虑到型面相同情况下回弹量主要受冲压工艺、摩擦、材料的影响，如果设计产品零件R经过微小变化后，冲压工艺、摩擦、材料保持不变，则回弹量变化很小，相应的补偿量也变化很小，补偿量和回弹量的比值即补偿因子α可认为保持不变或变化很小。基于此，提出了在冲压工艺、仿真参数、材料不变的情况下，试模冲压件经过微小变化，补偿因子α基本保持不变的假设。

根据补偿因子α不变假设，设计产品零件R与试模冲压件(即假想的产品零件R′)在模面几何修正时，可以采用相同的补偿因子α₀。通过实例验证，由数值计算得到设计产品零件R的成形模面、回弹型面，施加补偿因子α₀获得补偿面，冲压回弹件和设计产品形状误差在可控范围内。

如图2所示，本发明采用逆向反求因子的回弹补偿方法，包括如下步骤：

步骤1、以实际产品零件R设计制造试模模面，冲压获得试模冲压件，实际产品零件R＝{r_i|r_i∈R³}，其中1≤i≤n，n为构成产品的节点总数；

步骤2、通过逆向工程技术获得试模冲压件的数字模型，即试模冲压件的重构型面，将该试模冲压件重构型面当作假想的产品零件R′进行成形模拟和回弹仿真，得到假想的产品零件R′的仿真网格型面R′＝{r′_i|r′_i∈R³}，其中1≤i≤n，和仿真回弹型面S′，S′＝{s′_i|s′_i∈R³}，其中1≤i≤n，建立假想的产品零件R′的仿真网格型面与仿真回弹型面S′的节点对应映射关系，并计算出各节点的位移ε_i作为试模冲压件的仿真回弹量ε_i，再求其均方根偏差：

$\mathrm{\Δs}={\left({(\mathrm{\Σ}{({\mathrm{\ϵ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}})}^2/(n-1))}^{0.5}\right)}^{0.5}---\left(6\right);$

步骤3、通过强制变形仿真的方法，将试模冲压件重构型面转化成有限元网格模型，由于试模冲压件和回弹仿真型面都可视为由设计产品型面弹性变形而来，如果施加适当的外载荷，通过仿真技术将回弹仿真型面贴合到试模冲压件重构型面，见图5，变形后的网格型面与试模冲压件形状一致，可用它代替试模冲压件网格型面,建立实际产品零件R的试模模面与试模冲压件的节点对应映射关系，并计算出各节点的位移e_i作为试模冲压件的真实补偿量，再求其均方根偏差：

$\mathrm{\Δc}={\left({(\mathrm{\Σ}{(e_i-\stackrel{\‾}{e})}^2/(n-1))}^{0.5}\right)}^{0.5}---\left(7\right)$

步骤4、通过假想的产品零件(试模冲压件)的真实补偿量和仿真回弹量计算出补偿因子α₀：

α₀＝Δc/Δs  (8)

步骤5、将该补偿因子α₀用于实际产品零件R的模面几何修正中,进行回弹补偿的几何修正，获得补偿后产品成形模面。

对于假想的产品零件R′(试模冲压件)采用补偿因子α₀进行回弹补偿，获得的冲压件形状与R′一致，如图3所示。

根据补偿因子不变假设，对实际设计零件R，施加补偿因子α₀进行回弹补偿，如图4所示，可以预期获得的冲压件形状与实际设计零件R一致。

本发明以一个二维多曲率弯曲件为例说明上述过程，其设计产品CAD模型如图6，有限元模型如图7，模型中的凸模、凹模、托料板采用刚性材料。以设计产品型面形状设计模具，经冲压后获得试模件冲压件。通过逆向工程测量和造面技术建立试模件冲压件的数字模型，提取其截面线与设计产品型面的截面线比较，如图8所示，可以看出未修模时的试模冲压件与设计产品型面存在较大差异。通过试模冲压件的截面线重新建立有限元模型，对试模冲压件进行成形、回弹模拟，如图9，并计算每个节点的仿真回弹量及其均方根偏差。通过强制变形仿真的方法建立试模模面和试模冲压件的节点映射关系，计算出每个节点的真实补偿量及其均方根偏差，进而计算每个节点的补偿因子α₀为1.29，将补偿因子α₀＝1.29施加到实际产品零件的模面几何修正中，获得补偿模面如图10。以补偿模面加工模具，冲压后获得冲压件，通过逆向工程技术建立该冲压件的数字模型，提取其截面线与设计产品型面的截面线比较，如图11，可以看出修模后获得的冲压件与设计产品型面的差异相比未修模时小了很多。将产品CAD模型、未修模时冲压件、修模后冲压件的截面线重要尺寸(见图12)进行了对比，见图13。采用反求因子补偿法对该弯曲件进行模面几何修正，一次补偿就可将回弹量减小50％以上。本发明将试模冲压件当作产品零件，试模模面就是其真实的补偿面，可计算试模冲压件的真实补偿量；试模冲压件的回弹型面通过仿真获得，可计算其仿真回弹量，进而计算出试模冲压件的补偿因子。假设试模冲压件在小变形及仿真参数、冲压工艺不变的条件下，补偿因子基本保持不变。实际设计零件和试模冲压件之间属于小变形，由试模冲压件反求得到的补偿因子对设计零件也是适用的，将该补偿因子用于设计零件的模面几何修正。通过将本发明用于二维弯曲件的成形中，只需进行一次补偿，就能很好地控制回弹，大大提高了补偿效率，减小了试模次数。本发明为二维弯曲件的回弹补偿提供了参考和依据。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.采用逆向反求因子的回弹补偿方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、以实际产品零件R设计制造试模模面，冲压获得试模冲压件，实际产品零件R＝{r_i|r_i∈R³}，其中1≤i≤n，n为构成产品的节点总数；

步骤2、通过逆向工程技术获得试模冲压件的数字模型，即试模冲压件的重构型面，将该试模冲压件重构型面当作假想的产品零件R′进行成形模拟和回弹仿真，得到假想的产品零件R′的仿真网格型面R′＝{r′_i|r′_i∈R³}，其中1≤i≤n，和仿真回弹型面S′，S′＝{s′_i|s′_i∈R³}，其中1≤i≤n，建立假想的产品零件R′的仿真网格型面与仿真回弹型面S′的节点对应映射关系，并计算出各节点的位移ε_i作为试模冲压件的仿真回弹量ε_i，再求其均方根偏差： $\mathrm{\Δs}={\left({(\mathrm{\Σ}{({\mathrm{\ϵ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}})}^2/(n-1))}^{0.5}\right)}^{0.5}---\left(6\right);$

步骤3、通过强制变形仿真的方法，将试模冲压件重构型面转化成有限元网格模型，通过仿真技术将回弹仿真型面贴合到试模冲压件重构型面，变形后的网格型面与试模冲压件形状一致，建立实际产品零件R的试模模面与试模冲压件的节点对应映射关系，并计算出各节点的位移e_i作为试模冲压件的真实补偿量，再求其均方根偏差：

$\mathrm{\Δc}={\left({(\mathrm{\Σ}{(e_i-\stackrel{\‾}{e})}^2/(n-1))}^{0.5}\right)}^{0.5}---\left(7\right)$

步骤4、通过假想的产品零件，即试模冲压件的真实补偿量和仿真回弹量计算出补偿因子α₀：

α₀＝Δc/Δs  (8)

步骤5、将该补偿因子α₀用于实际设计零件R的模面几何修正中,进行回弹补偿的几何修正，获得补偿后产品成形模面。