CN105868428A - 冲压件的回弹补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属板金成形技术领域，公开了一种冲压件的回弹补偿方法。本发明中，冲压件的回弹补偿方法包含以下步骤：据模具与冲压件的特点，对冲压件进行分类，并分别设立各类冲压件的冲压仿真参数清单，形成冲压仿真参数库；建立标准模板与自动循环计算脚本；其中，标准模板包含各类冲压件的标准分析参数；从冲压仿真参数库中，选择与待冲压的冲压件匹配的冲压仿真参数，并根据标准模板与自动循环计算脚本，对待冲压的冲压件进行全循环模拟回弹补偿。与现有技术相比，不但可以避免回弹补偿过于依赖人工经验，使回弹补偿结果更为客观，提高回弹补偿的准确性，而且可以大大提升回弹分析与回弹补偿的效率。

Description

冲压件的回弹补偿方法

技术领域

本发明涉及金属板金成形技术领域，特别涉及一种冲压件的回弹补偿方法。

背景技术

汽车工业发达的欧美国家在进行汽车覆盖件模具设计时，大量采用三维CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)设计与CAE(Computer AidedEngineering，计算机辅助工程)分析手段，利用这些CAD/CAE软件系统得出的计算数据可靠，设计效率较高。在汽车覆盖件的设计制造依据上，国内大量依据实物样件，而较少依据数模，国外则与此相反，大量依据数学模型。

国内汽车厂商在CAE技术和手段上运用的不成熟，导致进行汽车覆盖件冲压工艺分析时，往往不能预先评估覆盖件的成形性，导致试模成功率低，试模时间长。而欧美发达国家全面采用成熟的CAD/CAE技术和系统，在冲压模设计中应用CAD/CAE软件系统，模拟金属变形过程、分析应力应变的分布及预测破裂、起皱和回弹等缺陷，试模成功率高达90％以上。

汽车覆盖件是用成型模具的冲压方式来创建的。当模具移开时，就会发生所谓的“变形回弹”：即部分材料趋向回复原状，造成外形偏离了最初的精确设计要求——回弹率。对于高强度高弹性材料，这样的现象更为常见，有很多的技术方案都曾尝试解决这一问题，但是效果都不理想，一直没有一个能够完全解决“变形回弹”的办法。

冲压变形回弹现象是板料成形过程中是常见的缺陷，严重影响了模具设计的正确性和准确性，随着新材料的应用，回弹问题更加突出，回弹使按照零件的理论形状设计制造出的模具生产出的零件不符合零件设计的要求，因此，要想得到符合零件设计要求的形状，就必须进行回弹补偿。

但是，目前在进行回弹补偿时存在的问题如下：

1)传统的模具设计补偿方法是在模具车间现场试模实施，通过人工修模实现的，修改模具型面的次数较多，增加了模具的试模次数，模具的设计与制造周期长，成本一直居高不下；

2)采用CAD软件来手工修改模具的型面，手工修改钣金回弹量，修改过程非常费时，这也是一种落后的回弹补偿方法，并且修改后的模型曲面质量很难得到保证；

3)采用CAE的分析方法尽可能的准确预测回弹结果。但是准确结果的获得和人工经验太密切相关，往往不同的人有可能获得不同的回弹仿真结果，回弹仿真结果不客观；

4)工程师通过CAE分析方法，获得尽可能准确的板料成型和回弹结果。但是，回弹补偿和回弹分析的过程相对独立。需要人工参与多次补偿,慢慢逼近.。所以需要大量的时间和精力参与回弹补偿和补偿验证，时间成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冲压件的回弹补偿方法，不但可以避免回弹补偿过于依赖人工经验，使回弹补偿结果更为客观，提高回弹补偿的准确性，而且可以大大提升回弹分析与回弹补偿的效率，缩短了回弹补偿的周期。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种冲压件的回弹补偿方法，包含以下步骤：

根据模具与冲压件的特点，对冲压件进行分类，并分别设立各类冲压件的冲压仿真参数清单，形成冲压仿真参数库；

建立标准模板与自动循环计算脚本；其中，所述标准模板包含各类冲压件的标准分析参数；

从所述冲压仿真参数库中，选择与待冲压的冲压件匹配的冲压仿真参数，并根据所述标准模板与自动循环计算脚本，对所述待冲压的冲压件进行全循环模拟回弹补偿。

本发明实施方式相对于现有技术而言，事先根据模具与冲压件的特点，对冲压件进行分类，设立每一类模具与冲压件的冲压仿真参数清单，形成冲压仿真参数库；这样，在对待冲压的冲压件进行回弹补偿时，只需从冲压仿真参数库中选取与之匹配的冲压仿真参数即可，而不必依赖于人工一一设置，减少了人工参与，使回弹补偿结果更为客观；而且，通过预先建立标准模板，使待冲压的冲压件采用标准分析参数，可以提高回弹补偿的准确性；通过预先建立自动循环计算脚本，可以使回弹补偿按照预设的流程自动进行，可以大大提升回弹分析与回弹补偿的效率，缩短了回弹补偿的周期。

另外，在所述根据所述标准模板与自动循环计算脚本，对所述待冲压的冲压件进行全循环模拟回弹补偿的步骤之前，包含以下步骤：进行全工序分析。另外，在所述进行全工序分析的步骤中，包含以下子步骤：在对所述待冲压的冲压件进行结构构建时，进行工艺分析；根据分析结果判断采用的工艺是否满足预设的工艺条件；若不满足，则在结构允许的范围内对采用的工艺进行调整，直至采用的工艺满足预设的工艺条件。采用同步工程原理，将结构设计和工艺设计相互结合，在结构设计的阶段即对设计进行工艺分析，看是否满足工艺要求(预设的工艺条件)，如满足就进行后续设计，如不满足就对结构在允许的范围内进行调整。当冲压件的结构设计完成时，往往工艺设计也随之完成，由于二者相互影响和制约，可保证冲压件的结构既满足使用要求，也满足工艺制造要求，节省了时间，避免了因为工艺考虑不足而造成的二次裁体的发生。

另外，在所述根据所述标准模板与自动循环计算脚本，对所述待冲压的冲压件进行全循环模拟回弹补偿的步骤之前，包含以下步骤：对所述待冲压的冲压件进行工艺稳健性分析。另外，在所述对所述待冲压的冲压件进行工艺稳健性分析的步骤中，包含以下子步骤：检测现场试模条件波动对模具状态的影响；根据检测结果判断现场试模条件波动对模具状态的影响是否稳健；若不稳健，则调整采用的工艺直至稳健。在工艺稳定后再进行回弹补偿，可以获得稳定的回弹补偿结果。

另外，所述全循环模拟包含若干个循环模拟；在所述根据所述标准模板与自动循环计算脚本，对所述待冲压的冲压件进行全循环模拟回弹补偿的步骤中，包含以下子步骤：对每一个循环模拟的模拟结果进行回弹检测；根据检测结果制定回弹补偿方案；在CAE中进行所述回弹补偿方案的循环模拟，并输出回弹补偿结果；其中，所述回弹补偿结果为一个补偿后的模面；利用CAD对所述回弹补偿结果进行处理，生成最终的模面文件。另外，在所述根据检测结果制定回弹补偿方案的步骤中，若每一循环模拟的回弹量与预设的要求量之差大于预设值，则在每一循环模拟后进行回弹补偿；若每一循环模拟的回弹量与预设的要求量之差小于预设值，则在全循环模拟后进行回弹补偿。

回弹补偿可考虑在每一循环模拟后进行回弹补偿，也可以在全循环模拟后最后做一次性补偿。可根据每一循环模拟的回弹量与预设的要求量之差与预设值的关系，来考虑采取哪一种补偿方案。如果每一循环模拟的回弹量很大(每一循环模拟的回弹量与预设的要求量之差大于预设值)，在最后一次性补偿得到的结果质量通常较差，则考虑在每一循环模拟后进行稍许补偿，减小最后冲压件的回弹量，使得最后补偿的结果可以满足冲压件的设计要求。如果回弹量不是很大(即每一循环模拟的回弹量与预设的要求量之差小于预设值)，可以在最后一次性对回弹量进行补偿，这样不影响稳定的循环流程，补偿结果也可以满足设计要求。

附图说明

图1是根据本发明一较佳实施方式的冲压件的回弹补偿方法的流程图；

图2是本发明一较佳实施方式中的全循环模拟回弹补偿的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的较佳实施方式涉及一种冲压件的回弹补偿方法，具体流程如图1所示，包含以下步骤：

步骤101，根据模具与冲压件的特点，对冲压件进行分类。

具体地说，对冲压件进行分类需要参考冲压件的形状特点、材料、功能等因素综合考虑，并进行逐级分类。每一级别下又可分为不同的小级别，分类越细，CAE分析参数的确定和准确结果的获得越有稳定性。

比如，一级分类可按照汽车类型分类成为家庭轿车类、小型货运车类、中型货运卡车类与重型集卡类。

再如，在家庭轿车类下可设置二级分类为汽车覆盖件类、汽车结构件类与汽车零部件类；而在汽车覆盖件类下可设三级分类，如高强度钢材类、铝合金金类与非高强度刚材类；在高强度钢材类下可设四级分类为小于2mm厚度类、2～5mm厚度类与5mm以上厚度类等，零件分类越细致对于固化参数得到准确的结果越有帮助。

为简明起见，上述分类可表示如下：

一级分类：A家庭轿车类，B小型货运车类，C中型货运卡车类，D重型集卡类；

二级分类：A-A汽车覆盖件类，A-B汽车结构件，A-C汽车零部件类；

三级分类：A-A-A高强度钢材，A-A-B低碳钢，A-A-C中碳钢，A-A-D铝合金；

四级分类：A-A-A-A厚度小于2mm，A-A-A-B厚度2～4mm，A-A-A-C厚度5mm以上。

在实际应用中，对冲压件进行分类不局限于上述方式。

步骤102，分别设立各类冲压件的冲压仿真参数清单，形成冲压仿真参数库。具体地说，根据各类冲压件的不同特点，在现有的CAD和CAE软件框架下，设立各类冲压件的冲压仿真参数清单，形成冲压CAE冲压仿真参数库。

步骤103，利用CAE仿真，确认待冲压的冲压件的成形性。在本步骤中，可以得到包含有应力应变信息的成形结果文件。

步骤104，用CAE确认工艺方案，指导工艺方案的设计和修改，一直到工艺方案中没有起皱、开裂、滑移等等成形性缺陷。

步骤105，建立标准模板与自动循环计算脚本。其中，标准模板包含各类冲压件的标准分析参数。

首先，介绍如何建立标准模板。具体而言，是分别选取各类冲压件中具有代表性的冲压件的CAE分析参数作为各类冲压件的标准分析参数。下面以冲压件为某车的前门外板零件为例说明：

经过CAE模拟分析与实际生产的前门外板零件对比，最后确定一套完整的、前门外板零件的CAE分析参数，若该套参数的模拟结果与实际生产十分吻合，则满足工业要求。那么可采用这套前门外板零件的CAE的分析参数作为标准分析参数，凡是与前门外板零件的结构相近、材料在一定范围内的接近的材料、大小在一定范围内的相似部件都可采用该套前门外板零件的CAE分析参数。

假设需要对一个全新开发的新型家用轿车的前门外板零件进行模拟分析，该零件厚度1.8mm，材料为DP980，那么通过分类检索，它属于A-A-A-A类零件，对于此零件，统一采用A-A-A-A类零件的标准参数进行。

其次，介绍自动循环计算脚本。自动循环计算脚本是一个控制流程运转的文件。比如说，在本实施方式中，包含若干个循环模拟，在每一个循环模拟后都要判断模拟的结果是否符合预设的期望值，若符合，则继续，否则，进行报错，以供用户调整工艺参数。

其中，步骤101～105为冲压件的回弹补偿方法的前期准备阶段。

步骤106，从冲压仿真参数库中，选择与待冲压的冲压件匹配的冲压仿真参数。在本步骤中，直接从冲压仿真参数库中，选择与待冲压的冲压件匹配的冲压仿真参数即可，比如，对于属于A-A-A-A类零件的冲压件，都可选择A-A-A-A类零件的冲压仿真参数。

步骤107，进行全工序分析。

具体地说，在本步骤中，包含以下子步骤：

步骤1071，在对所待冲压的冲压件进行结构构建时，进行工艺分析。

步骤1072，根据分析结果判断采用的工艺是否满足预设的工艺条件；若满足，则执行步骤108；否则，执行步骤1073后再执行步骤108。

步骤1073，在结构允许的范围内对采用的工艺进行调整，直至采用的工艺满足预设的工艺条件。

这样，采用同步工程原理，将结构设计和工艺设计相互结合，在结构设计的阶段即对设计进行工艺分析，看是否满足工艺要求(预设的工艺条件)，如满足就进行后续设计，如不满足就对结构在允许的范围内进行调整。当冲压件的结构设计完成时，往往工艺设计也随之完成，由于二者相互影响和制约，可保证冲压件的结构既满足使用要求，也满足工艺制造要求，节省了时间，避免了因为工艺考虑不足而造成的二次裁体的发生。

步骤108，对待冲压的冲压件进行工艺稳健性分析。在工艺稳定后再进行回弹补偿，可以获得稳定的回弹补偿结果。

具体地说，在本步骤中，包含以下子步骤：

步骤1081，检测现场试模条件波动对模具状态的影响。

步骤1082，根据检测结果判断现场试模条件波动对模具状态的影响是否稳健；若稳健则执行步骤109，否则，执行步骤1083后再执行步骤109。

步骤1083，调整采用的工艺直至稳健。

步骤109，对待冲压的冲压件进行回弹分析。具体地说，对步骤中的103中的结果进行静力隐式回弹分析。

在软件中需要对成形结果设置回弹约束。约束的方式依照冲压件的具体类型可采用不同的约束方式，如设置对称面约束或是采用约束点的方法，但是主要的目的是为了避免该冲压件的刚性移动和转动，使得回弹充分释放。

软件会对成形结果的回弹自动进行分析，得到回弹后的零件状态。通过选取不同的约束方法来确定哪一种约束方法是比较符合理论也比较符合现场情况的，最终确定回弹分析的约束方式，完成回弹分析。

步骤110，对待冲压的冲压件进行回弹稳定性测试。

具体地说，由于回弹的影响因素很多，比如材料的稳定性、约束的稳定性以及计算机在计算时收敛的情况等等，都会对回弹结果有影响，根据一次回弹的分析进行补偿，往往得不到十分好的结果，且不科学，所以需要进行回弹稳定性测试。

所谓回弹稳定性测试，即是多次进行回弹计算，在确定回弹分析的工艺方案后，需要多次反复的进行回弹分析，看结果是否基本一致，如一致则方案可行，如不一致或者相差比较大，那么需要修改回弹分析工艺方案，再进行稳定性测试，直到多次回弹结果在一定范围内波动。

步骤111，根据标准模板与自动循环计算脚本，对待冲压的冲压件进行全循环模拟回弹补偿。其中，全循环模拟包含若干个循环模拟。

具体地说，在本步骤中，包含以下子步骤：

步骤1111，对每一个循环模拟的模拟结果进行回弹检测。其中，检测结果为回弹量。

步骤1112，根据检测结果制定回弹补偿方案。在本步骤中，若回弹量与预设的要求量之差(dif)在预设范围内，则不进行回弹补偿；否则，进行回弹补偿。

具体而言，回弹补偿可考虑在每一循环模拟后进行回弹补偿，也可以在全循环模拟后最后做一次性补偿。可根据每一循环模拟的回弹量与预设的要求量之差(dif)与预设值的关系，来考虑采取哪一种补偿方案。如果每一循环模拟的回弹量很大(每一循环模拟的回弹量与预设的要求量之差大于预设值)，在最后一次性补偿得到的结果质量通常较差，则考虑在每一循环模拟后进行稍许补偿，减小最后冲压件的回弹量，使得最后补偿的结果可以满足冲压件的设计要求。如果回弹量不是很大(即每一循环模拟的回弹量与预设的要求量之差小于预设值)，可以在最后一次性对回弹量进行补偿，这样不影响稳定的循环流程，补偿结果也可以满足设计要求。

步骤1113，在CAE中进行回弹补偿方案的循环模拟，并输出回弹补偿结果；其中，回弹补偿结果为一个补偿后的模面。在本实施方式中，可以利用网格转换(mesh transfer)方法将回弹补偿的网格结果生成模面，并可以将生成的模面导出为igs或者prt格式的文件。其中，igs或者prt格式的文件可以被UG、CATIA等三维造型软件识别和更改。

在本步骤中，在CAE中将冲压件的等效筋转为真实筋。在模拟仿真时可将不断调整等效筋，直到调整到一个合适的状态。在确定等效筋后可采用CAE软件将其转化为真实筋，不需要从新对此筋进行三维造型。这样避免了反复调整真实筋的曲面的操作。之后对真实筋的情况进行优化仿真，可以得到真实筋的成型结果。

另外，在本步骤中，还可以进行2到3个循环的手动补偿。

步骤1114，利用CAD对回弹补偿结果进行处理，生成最终的模面文件。

在本实施方式中，实现了CAE与CAD的无缝对接，提升了回弹补偿的效率。

与现有技术相比，事先根据模具与冲压件的特点，对冲压件进行分类，设立每一类模具与冲压件的冲压仿真参数清单，形成冲压仿真参数库；这样，在对待冲压的冲压件进行回弹补偿时，只需从冲压仿真参数库中选取与之匹配的冲压仿真参数即可，而不必依赖于人工一一设置，减少了人工参与，使回弹补偿结果更为客观；而且，通过预先建立标准模板，使待冲压的冲压件采用标准分析参数，可以提高回弹补偿的准确性；通过预先建立自动循环计算脚本，可以使回弹补偿按照预设的流程自动进行，可以大大提升回弹分析与回弹补偿的效率。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，包含以下步骤：

根据模具与冲压件的特点，对冲压件进行分类，并分别设立各类冲压件的冲压仿真参数清单，形成冲压仿真参数库；

建立标准模板与自动循环计算脚本；其中，所述标准模板包含各类冲压件的标准分析参数；

从所述冲压仿真参数库中，选择与待冲压的冲压件匹配的冲压仿真参数，并根据所述标准模板与自动循环计算脚本，对所述待冲压的冲压件进行全循环模拟回弹补偿。

2.根据权利要求1所述的冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，在所述建立标准模板与自动循环计算脚本的步骤中，

分别选取各类冲压件中具有代表性的冲压件的计算机辅助工程CAE分析参数作为各类冲压件的标准分析参数。

3.根据权利要求1所述的冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，在所述根据所述标准模板与自动循环计算脚本，对所述待冲压的冲压件进行全循环模拟回弹补偿的步骤之前，包含以下步骤：

进行全工序分析。

4.根据权利要求3所述的冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，在所述进行全工序分析的步骤中，包含以下子步骤：

在对所述待冲压的冲压件进行结构构建时，进行工艺分析；

根据分析结果判断采用的工艺是否满足预设的工艺条件；若不满足，则在结构允许的范围内对采用的工艺进行调整，直至采用的工艺满足预设的工艺条件。

5.根据权利要求1所述的冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，在所述根据所述标准模板与自动循环计算脚本，对所述待冲压的冲压件进行全循环模拟回弹补偿的步骤之前，包含以下步骤：

对所述待冲压的冲压件进行工艺稳健性分析。

6.根据权利要求5所述的冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，在所述对所述待冲压的冲压件进行工艺稳健性分析的步骤中，包含以下子步骤：

检测现场试模条件波动对模具状态的影响；

根据检测结果判断现场试模条件波动对模具状态的影响是否稳健；若不稳健，则调整采用的工艺直至稳健。

7.根据权利要求1所述的冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，所述全循环模拟包含若干个循环模拟；

在所述根据所述标准模板与自动循环计算脚本，对所述待冲压的冲压件进行全循环模拟回弹补偿的步骤中，包含以下子步骤：

对每一个循环模拟的模拟结果进行回弹检测；

根据检测结果制定回弹补偿方案；

在CAE中进行所述回弹补偿方案的循环模拟，并输出回弹补偿结果；其中，所述回弹补偿结果为一个补偿后的模面；

利用CAD对所述回弹补偿结果进行处理，生成最终的模面文件。

8.根据权利要求7所述的冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，所述检测结果为回弹量；

在所述根据检测结果制定回弹补偿方案的步骤中，若所述回弹量与预设的要求量之差在预设范围内，则不进行回弹补偿；否则，进行回弹补偿。

9.根据权利要求8所述的冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，在所述根据检测结果制定回弹补偿方案的步骤中，

若每一循环模拟的回弹量与预设的要求量之差大于预设值，则在每一循环模拟后进行回弹补偿；

若每一循环模拟的回弹量与预设的要求量之差小于预设值，则在全循环模拟后进行回弹补偿。

10.根据权利要求7所述的冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，在所述在CAE中进行所述回弹补偿方案的循环模拟的步骤中，利用网格转换方法将回弹补偿的网格结果生成模面。