CN106001933A - 激光切割修边线的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光切割修边线的优化方法，充分考虑修边过程板料的卸载回弹过程，模拟时在修边过程中进行回弹计算，然后将回弹计算结果作为后一段修边的输入，来进行后段修边过程的数值模拟，遵循“修边→卸载回弹→修边”这一过程，基于有限元变路径迭代来实现修边线的计算，通过多次迭代，从而提高板料修边模拟的精度，对其过程进行分析优化得出考虑实时回弹的更符合实际生产精度的修边线。本发明是一种修边精度高的激光切割修边线的优化方法。

Description

激光切割修边线的优化方法

技术领域

本发明涉及一种修边线的优化方法，特别是涉及一种激光切割修边线的优化方法。

背景技术

对于修边线的确定的研究上，王昶等采用UG二次开发工具自动确定车身覆盖件拉深模具修边线。Y I等提出了基于一步成形方法对修边线的优化方法。这些研究对于提高修边线精度有着深远的影响，但均是将修边看作是一个瞬时的过程，并未考虑实时回弹对修边精度的影响。在样车制造或是小批量制件生产试验过程中，一般采用激光切割替代修边模具来对零件进行修边处理，由于激光切割过程中，应力应变的释放和产品形状特征的变化都将引起实时的回弹，导致激光切割过程中工件位置发生变化，致使激光切割至产品末端时制件与设计零件产生较大的误差。

通常我们在模拟板料的激光修边过程时，都忽略了切割过程中板料的回弹，即忽略了板料在被切割时的实时应力应变，而板料的回弹计算精度与其变形历史密切相关。那么忽略实时的回弹势必影响最终的产品修边精度，对于修边工序而言，当对每一段修边线进行切割时，势必会因为形状结构变化和应力应变释放，影响后续修边时的回弹值，从而影响修边线的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种修边精度高的激光切割修边线的优化方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的激光切割修边线的优化方法，充分考虑修边过程板料的卸载回弹过程，模拟时在修边过程中进行回弹计算，然后将回弹计算结果作为后一段修边的输入，来进行后段修边过程的数值模拟，遵循“修边→卸载回弹→修边”这一过程，基于有限元变路径迭代来实现修边线的计算，通过多次迭代，从而提高板料修边模拟的精度，对其过程进行分析优化得出考虑实时回弹的更符合实际生产精度的修边线。

具体过程可分为五步：

(1)、将工件整个修边过程分段处理；

(2)、从第一段修边开始，计算修边后回弹；

(3)、在此回弹基础上，开始下一段修边，以此类推将零件整个激光切割过程分段完成；

(4)、运用有限元仿真技术分别对每一段修边线进行迭代精确计算，得到多段不连续的曲线；

(5)、对各段曲线进行优化处理，得到最终激光切割线。

上述步骤(5)所述的优化处理是指：采用修边线降噪、分段分析、非必要控制节点过滤优化控制节点的方法，对连接点处转折曲线段上的噪点进行优化处理，减少噪点后进行桥接光顺，最终得到较光顺的修边线。

采用上述技术方案的光切割修边线的优化方法，充分考虑了修边过程板料的卸载回弹过程，模拟时在修边过程中进行回弹计算，然后将回弹计算结果作为后一段修边的输入，来进行后段修边过程的数值模拟，该模拟过程与实际冲压过程是一致的，遵循“修边→卸载回弹→修边”这一过程，从而提高了板料修边模拟的精度，对其过程进行分析优化得出考虑实时回弹的更符合实际生产精度的修边线。

考虑到在回弹过程中,最终形成的轮廓线是由回弹前的轮廓线,即修边线经过变形后所形成的,因此问题可以转化为求解这样一条修边线,使得回弹后形成的轮廓线经过整形处理后与产品轮廓线一致。本文从提出了一种基于有限元变路径迭代来实现修边线的计算，通过多次迭代，该方法可以实现修边线的考虑回弹精确计算。

发明的优点和积极效果：

针对激光修边过程中的实时回弹现象，分段对修边轮廓进行计算分析，相对于已有的修边线计算方法方法具有一定的优越性。激光切边过程中，制件的回弹过程并不是瞬时的，现有的计算方案都没有充分考虑整个切割过程中材料实时的流动特征以及激光修边过程的真实回弹情况，随着切边的进行，模拟计算出来的产品边界常常与实际设计边界产生一定的偏差。而传统的人工试错法又耗费大量的时间和精力。本文所提出新型修边计算理论与方法从一定程度上解决了模具设计中的一大重要技术难题。在提高修边精度的问题上具有一定的参考价值和指导作用。

综上所述，本发明是一种修边精度高的激光切割修边线的优化方法。

附图说明

图1是产品造型图。

图2是分块方案示意图。

图3是修边方案图。

图4是第一步回弹结果示意图。

图5是优化得出的四条曲线图。

图6是四种方案修边的误差对比图。

图7是考虑实时回弹的两种不同的修边顺序的误差结果对比图。

图8是优化前后误差结果对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例：

汽车顶盖一号横梁由于拉延时两端工艺补充部分较大，而且此处修边形状并不整齐，以及本次研究的制件为不等料厚零件，这样造成修边时因为先后问题，两端头部分和中部回弹量因为其余部位应力应变的释放而出现与目前一步修边的模拟仿真回弹结果出现分歧，实际生产中这种回弹将会影响修边线的准确性。某汽车顶盖一号横梁的零件形状如图1所示，零件左右对称，利用CAE软件对顶盖一号横梁修边后工件进行回弹分析。零件的最大回弹量为1.52mm。

将零件分为四个区域，分段进行修边线计算，如图2所示。

当对零件进行修边后回弹计算时，可以发现当单独切开区域一时，如图3所示，零件的最大回弹量为2.47mm，回弹后，此时的偏差较之前发生了较大变化，这种情况下，修边线的确立应发生相应的更改才能更加符合实际情况从而得到更精确的修边线。

运用有限元变路径迭代法对分布修边各段的修边线进行分别的优化计算。

应用变形路径迭代方法并充分考虑零件的回弹过程，将修边线分段进行回弹后补偿模拟分析，运用有限元迭代法分别分析每段修边线的补偿量，并考虑其对之后回弹及修边线的影响。经过迭代运算，可以得到区域二的优化修边线。将前两段优化曲线设置为出时修边曲线，运用有限元迭代法分别分析第三段修边线的补偿量，并考虑其对之后回弹及修边线的影响。便可继续计算区域三的优化修边线。以此类推。可得到图5所示分段的四条曲线段。

对其进行拟合，并使之光顺，将此方案得到的最终产品经过整形处理得到的边界线与原产品边界线进行对比，计算其误差。并对方案二做类似运算，同时考虑现有一般工程方案中不考虑实时回弹的修边误差，同时选取多个关键点进行误差分析。

制定四种比较方案：如图3所示：

方案一：考虑实时回弹时沿该制件顺时针方向开始修边；

方案二：考虑实时回弹时沿该制件逆时针方向开时修边；

方案三：不考虑实时回弹时沿该制件顺时针方向开时修边；

方案四：不考虑实时回弹时沿该制件顺时针方向开时修边；

将各个数据点位置与设计产品边界进行对比可以得出误差大小，四种方案的误差图如图6所示，四种方案的误差对比图，同时，对比考虑了实时回弹的两种不同的修边方向的修边方案，可以得到如图7所示考虑实时回弹的两种不同的修边顺序的误差结果对比图。

四种方案相比，在某些部位存在明显的差异，对得到最终的成形零件与设计零件误差分析可知，考虑实时回弹后更符合实际生产制造情况，能够减少误差，提高产品精度。经过分析可知方案一和方案二在考虑了实时回弹的情况下，误差最大值为0.16mm，较不考虑实时回弹的情况下精确度有了较大的提升，从而验证了分步的有限元变路径迭代法在优化修边线方面的实用性。

此外，通过对比方案一与方案二的结果，可知不同修边顺序下，考虑实时修边回弹也会得到不同的结果，这是因为产品的形态特点所致，由于该试验制件形态主体呈长条状，且中间低，两端高，导致修边回弹时两端的回弹量较中部偏小，方案一采用逆时针方向即先对产品两端进行修边计算，充分考虑中部的修边回弹对之后修编的影响，进而能得到更精确的结果。将此次优化后所得的修边线作为最终的实际生产时零件修边时的修边线，所得最终结果如图8所示，经现场扫描产品边界，并将得到的扫描点数据与设计边界进行对比，相较于未优化的修边线，工件边界有着良好的精度。误差比较如图8所示。

对于分块处理后得到的非闭合的多段修边线，分块链接部分之间的修边线必然会存在间断或是转折。另外，修边模型中连接部分也常存在转折，为了解决这种实际应用难题，提出修边线降噪、分段分析、非必要控制节点过滤等优化控制节点的方法，对连接点处转折曲线段上的噪点进行优化处理，减少噪点后进行桥接光顺，最终得到较光顺的修边线。

Claims (3)

1.一种激光切割修边线的优化方法，其特征是：充分考虑修边过程板料的卸载回弹过程，模拟时在修边过程中进行回弹计算，然后将回弹计算结果作为后一段修边的输入，来进行后段修边过程的数值模拟，遵循“修边→卸载回弹→修边”这一过程，基于有限元变路径迭代来实现修边线的计算，通过多次迭代，从而提高板料修边模拟的精度，对其过程进行分析优化得出考虑实时回弹的更符合实际生产精度的修边线。

2.根据权利要求1所述的激光切割修边线的优化方法，其特征是：具体过程可分为五步：

(1)、将工件整个修边过程分段处理；

(2)、从第一段修边开始，计算修边后回弹；

(3)、在此回弹基础上，开始下一段修边，以此类推将零件整个激光切割过程分段完成；

(4)、运用有限元仿真技术分别对每一段修边线进行迭代精确计算，得到多段不连续的曲线；

(5)、对各段曲线进行优化处理，得到最终激光切割线。

3.根据权利要求2所述的激光切割修边线的优化方法，其特征是：上述步骤(5)所述的优化处理是指：采用修边线降噪、分段分析、非必要控制节点过滤优化控制节点的方法，对连接点处转折曲线段上的噪点进行优化处理，减少噪点后进行桥接光顺，最终得到较光顺的修边线。