CN107563066A - 一种基于数值模拟的回弹过程模具补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数值模拟的回弹补偿方法，采用理论模型、实际模型和有限元数值模拟相结合的方法，该种方法运用数值模拟，围绕工件的回弹后型面、模具型面以及实际冲压后的工件建立模拟误差函数，利用Dynaform软件对工件进行补偿，结合模拟误差函数，得到合适的补偿因子，使由模拟误差函数预测出来的实际冲压件与标准件相符合，这种方法可以有效降低模拟误差，从而减少了实际生产中的浪费与污染，提高了工件质量和生产效率。

Description

一种基于数值模拟的回弹过程模具补偿方法

技术领域

本发明涉及薄板冲压成形技术领域，特别是涉及一种基于数值模拟的回弹误差补偿方法。

背景技术

目前，很多学者已经对弯曲回弹和控制进行了大量的研究，并做出了很大的贡献。对于这方面问题的研究主要体现在以下三个方向：理论研究、实验法、有限元数值模拟法。许多建立在模具几何尺寸和材料参数的基础上的解析模型都能够对弯曲回弹进行预测，但是由于解析法应用了很多假定，导致预测结果的准确率不是很高。数值模拟方法随着有限元软件技术的不断完善，成为预测回弹的重要方法之一。但是虽然目前已经有很多有限元算法可以对板料成形及回弹的过程进行模拟分析，但是回弹预测的准确度不够，对其需要进一步完善。同时所掌握的理论知识和对软件的认识程度对回弹预测结果的精度也有一定程度的影响。

对于简单弯曲件的回弹，控制方法主要有加压校正法以及拉弯法等。而要控制复杂的冲压件，主要从两个方面入手：其一是控制工艺方面的参数，修改工艺参数与调试模具可达到减小回弹量的目的；其二是模具补偿，就是先修改模具的型面或结构，然后运用回弹规律，使过正成形的零件在回弹后得到的形状能够满足所需零件的形状。选择一个真实冲压件的回弹控制方法要考虑三个方面，首先是成形的方式，其次是实现的难易程度，最后要考虑付出多大的成本才能实现对冲压件的回弹控制。对于车身覆盖件这样要求较高精度的冲压件，工艺控制法不能完全消除回弹。这时有人发明了模具补偿法，大量的回弹问题才得以解决。工艺控制法和模具补偿法在实际工程中相互配合着使用，可以达到一个满意的效果。

发明内容

本发明在比较分析现有主要的有限元回弹补偿方法基础上，提出了具有普遍意义的基于对应节点距离与模拟误差的回弹补偿方法。使用该方法进行回弹补偿研究，并根据补偿后重新得到的模具型面再一次进行成形及回弹模拟，比较补偿后的模具生产出来的实际冲压件与理想设计型面，得到汽车覆盖件回弹控制的有效方法，从而给实际生产以借鉴。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于数值模拟的回弹过程模具补偿方法，包括如下步骤：

A.在计算机中构建一个冲压件的理想模型，得到该理想冲压件的型面数据;

B.在计算机中采用数值模拟软件对上述冲压件的理想模型进行冲压模具设计的处理，从而获得一个原始冲压模具的有限元模型，将原始模具型面标记为m;

C.在计算机中以合适的冲压工艺参数采用数值模拟软件对理想冲压件的有限元模型进行冲压成形及回弹仿真处理，获得理想冲压件的有限元模型的仿真结果，将回弹模拟型面标记为s;

D.对坯料以相同模具及工艺参数进行实际冲压成型，将其型面数据导入计算机中并进行处理。采用数值模拟软件对实际冲压件的有限元模型进行回弹仿真处理，从而得到实际冲压件的有限元模型的仿真结果，将实际冲压件回弹后的型面标记为P;

E.分别在原始模具型面、回弹模拟型面和实际冲压件回弹后的型面上选取适量对应节点，得到回弹模拟型面和实际冲压件回弹后的型面上对应节点之间的距离（节点回弹模拟误差）以及回弹模拟型面与原始模具型面上对应节点之间的距离（节点模拟回弹量）;

F.建立数值模拟误差函数，并由下列公式求得模拟误差函数值：

;

G.对模拟误差函数进行等式变换，此时函数为回弹量的传递函数，变换等式并求得补偿因子：

;

H.在计算机中，利用dynaform软件的补偿功能,将得到的回弹量乘以补偿因子反向补偿到凹模上，然后由凹模重新生成一套新的模具，再将上述回弹量的传递函数运用到标准件型面的计算上，最终得到补偿后的模具型面q。

假设为第一套模具的型面数据，而则代表有第一套模具生产出来的冲压件的型面数据，为所求的模具型面数据，则代表的是由所求模具型面生产出来的理想冲压件的型面数据。模具型面之间差值定义为

(1)

而是由第二套模具也就是所求模具经冲压成形得到的产品型面，可以看出与存在某种关系：

(2)

把式(2)代入式(1)可得

(3)

为了让误差m趋向于0，可以得出如下等式

(4)

上面的方程代表的是模具修正离散闭环控制系统的误差函数,得出此函数的解就等于得到系统的传递函数方程. 方程(4)按一阶泰勒公式展开,除去高阶项,得到如下函数

(5)

式中：j为级数;

取j=1，，由于，

那么

(6)

式(f)为冲压开始阶段附近的近似解，它在物理上的含义是：保持工艺参数恒定，由冲压模具引起的微量变化导致由模具冲压出来的冲压件也产生微量变化，两者之间的是一个比例关系，利用两者之间的关系可以确定第三套模具的型面模型数据，所以即为所求的冲压件形状差值传递函数;

建立回弹模拟误差函数是受到了变形传递函数（DFT）思想的启发;由于回弹是小量变形，测试件的模具型面、回弹模拟型面、实际冲压件回弹后的型面与设计件的相应型面之间符合变形传递函数思想。因此建立回弹模拟误差与模拟回弹量之间的传递函数，并将其定义为回弹模拟误差函数，为了得到模拟误差函数值，还需要进行一次实际冲压成形，模拟误差函数表示为：

(7)

式中；p：实际冲压件回弹后型面;s：回弹模拟型面;m：模具型面;

对模拟误差函数进行等式变换，此时函数为回弹量的传递函数，变换后的等式为：

(8)

式中：p：实际冲压件回弹后型面;s：回弹模拟型面;m：模具型面;

附图说明：

图1 是本发明冲压模具回弹误差补偿流程图;

具体实施方式

在计算机中构建一个冲压件的理想模型，得到该理想冲压件的型面数据;

B.在计算机中采用数值模拟软件对上述冲压件的理想模型进行冲压模具设计的处理，从而获得一个原始冲压模具的有限元模型，将原始模具型面标记为m;

C.在计算机中以合适的冲压工艺参数采用数值模拟软件对理想冲压件的有限元模型进行冲压成形及回弹仿真处理，获得理想冲压件的有限元模型的仿真结果，将回弹模拟型面标记为s;

D.对坯料以相同模具及工艺参数进行实际冲压成型，将其型面数据导入计算机中并进行处理。采用数值模拟软件对实际冲压件的有限元模型进行回弹仿真处理，从而得到实际冲压件的有限元模型的仿真结果，将实际冲压件回弹后的型面标记为P;

E.分别在原始模具型面、回弹模拟型面和实际冲压件回弹后的型面上选取适量对应节点，得到回弹模拟型面和实际冲压件回弹后的型面上对应节点之间的距离（节点回弹模拟误差）以及回弹模拟型面与原始模具型面上对应节点之间的距离（节点模拟回弹量）；

F.建立数值模拟误差函数，并由下列公式求得模拟误差函数值：

；

G.对模拟误差函数进行等式变换，此时函数为回弹量的传递函数，变换等式并求得补偿因子：

;

H.在计算机中，利用dynaform软件的补偿功能,将得到的回弹量乘以补偿因子反向补偿到凹模上，然后由凹模重新生成一套新的模具，再将上述回弹量的传递函数运用到标准件型面的计算上，最终得到补偿后的模具型面q。

Claims (2)

1.一种基于数值模拟的回弹误差补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：

在计算机中构建一个冲压件的理想模型，得到该理想冲压件的型面数据;

在计算机中采用数值模拟软件对上述冲压件的理想模型进行冲压模具设计的处理，从而获得一个原始冲压模具的有限元模型，将原始模具型面标记为m;

在计算机中以合适的冲压工艺参数采用数值模拟软件对理想冲压件的有限元模型进行冲压成形及回弹仿真处理，获得理想冲压件的有限元模型的仿真结果，将回弹模拟型面标记为s;

对坯料以相同模具及工艺参数进行实际冲压成型，将其型面数据导入计算机中并进行处理。

2.采用数值模拟软件对实际冲压件的有限元模型进行回弹仿真处理，从而得到实际冲压件的有限元模型的仿真结果，将实际冲压件回弹后的型面标记为P;

分别在原始模具型面、回弹模拟型面和实际冲压件回弹后的型面上选取适量对应节点，得到回弹模拟型面和实际冲压件回弹后的型面上对应节点之间的距离（节点回弹模拟误差）以及回弹模拟型面与原始模具型面上对应节点之间的距离（节点模拟回弹量）;

建立数值模拟误差函数，并由下列公式求得模拟误差函数值：

;

对模拟误差函数进行等式变换，此时函数为回弹量的传递函数，变换等式并求得补偿因子：

;

在计算机中，利用dynaform软件的补偿功能,将得到的回弹量乘以补偿因子反向补偿到凹模上，然后由凹模重新生成一套新的模具，再将上述回弹量的传递函数运用到标准件型面的计算上，最终得到补偿后的模具型面q。