CN108509669A - 一种多工步自动翻边产品的cae分析方法和系统 - Google Patents
一种多工步自动翻边产品的cae分析方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多工步自动翻边产品的CAE分析方法和系统，包括：根据目标产品数模建立翻边模具模型并简化分块；对模型进行有限元网格划分后，对各零件层的分离，对零件层中零件进行颜色和名字的编辑；设置模型中零件的材料厚度、材料属性、相对位置、工作方向、摩擦系数；设置3个最小工步并定义属性和控制方式；对定义过的模型求解文件进行求解运算得到模型的应力状态云图和厚度状态云图；对模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分进行优化处理；再模型进行检查，当出现咬边、起皱时，通过后处理软件中的动画演示观察模型每一步成型状态，对出现缺陷的工步进行程序优化，得到目标模型。
Description
技术领域
本发明涉及模型结构技术领域，尤其涉及一种多工步自动翻边产品的CAE分析方法和系统。
背景技术
随着汽车科技的不断发展，汽车轮廓也越来也追求美观，各种汽车装饰类的零部件也由原来比较规则的轮廓变得不规则，异形轮廓的产品也越来越多的出现在制作行业，目前的工艺和模具设计中，加工异形轮廓的产品主要用到多工步自动翻边工艺，设计人员从产品口部的尺寸参数、轮廓方面出发，依据经验和估算的方法来设计翻边模具和坯料轮廓，多工步自动翻边工艺是一种专门针对口部向内翻直边的钣金产品的一种将多次连续进给、整形工步集合于一副翻边模具上并运用一台自动翻边机在其中输入连续的多工步程序，来实现少量多次进给、整形以保证加工的精度的工艺。
但是依据经验来设计的翻边模具轮廓和坯料轮廓容易造成以下缺陷：一般需要设计一个合适的翻边圆角，按照经验设计得圆角不合理，阻碍成型，造成咬边等成型缺陷；产品高点和低点的圆角处容易出现起皱和开裂；产品大面容易出现变形；坯料尺寸不合理造成直边尺寸各个区域相差较大，而高低点如果坯料尺寸不合理也会造成起皱或开裂，技术人员希望通过CAE来对成型工艺进行分析以求解决上述的几个问题。行业内对这类产品的CAE分析，都只是用到一步成型去分析评估成型的缺陷，且分析精度较低，虽然也能够评估一些缺陷，但是并不能完全反应出整个工艺所存在的问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种多工步自动翻边产品的CAE分析方法和系统；
本发明提出的一种多工步自动翻边产品的CAE分析方法，该方法包括以下步骤：
S1、根据目标产品数模建立翻边模具模型；
S2、对模型进行简化分块处理；
S3、对模型进行有限元网格划分；
S4、对划分后的模型有限元网格进行各零件层的分离，并对各零件层中零件进行颜色和名字的编辑；
S5、设置模型中零件的材料厚度、材料属性、相对位置、工作方向、摩擦系数；
S6、对模型设置3个最小工步并对最小工步定义属性和控制方式；
S7、定义模型的求解文件，对定义过的求解文件进行求解运算得到模型的应力状态云图和厚度状态云图；
S8、对模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分进行优化处理；
S9、对优化处理后模型进行检查，当出现咬边、起皱时，通过后处理软件中的动画演示观察模型每一步成型状态，对出现缺陷的工步进行程序优化，得到目标模型。
优选地，在步骤S2中，所述对模型进行简化分块处理，具体包括：删除模型中与成型相关的面之外的零件和特征，删除模型中与成型相关的面中质量值低于预设质量值的面，对模型中剩下的面进行几何分块处理。
优选地，在步骤S3中，在对模型进行有限元网格划分过程中，具体包括：模型中板料网格采用一阶四边形壳单元，板料网格尺寸为1-2mm，板料网格质量雅克比值≥0.8，模型中模具网格尺寸为1-3mm，模型中模具网格质量雅克比值≥0.7。
优选地，在步骤S7中，在定义模型的求解文件过程中，具体包括：通过预设反方向运动值定义模型的求解文件。
优选地，在步骤S8中，所述模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分，具体包括：预设区域内尺寸不符合标准尺寸部分、起皱部分、开裂部分。
一种多工步自动翻边产品的CAE分析系统，包括：
模型建立模块，用于根据目标产品数模建立翻边模具模型；
简化分块模块，用于对模型进行简化分块处理；
有限元网格划分模块，用于对模型进行有限元网格划分；
零件分离标记模块，用于对划分后的模型有限元网格进行各零件层的分离，并对各零件层中零件进行颜色和名字的编辑；
零件参数设置模块，用于设置模型中零件的材料厚度、材料属性、相对位置、工作方向、摩擦系数；
工步设置模块，用于对模型设置3个最小工步并对最小工步定义属性和控制方式；
求解模块，用于定义模型的求解文件，对定义过的求解文件进行求解运算得到模型的应力状态云图和厚度状态云图；
区域优化处理模块，用于对模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分进行优化处理；
工步程序优化模块，用于对优化处理后模型进行检查，当出现咬边、起皱时，通过后处理软件中的动画演示观察模型每一步成型状态，对出现缺陷的工步进行程序优化，得到目标模型。
优选地，所述简化分块模块，具体用于：删除模型中与成型相关的面之外的零件和特征，删除模型中与成型相关的面中质量值低于预设质量值的面，对模型中剩下的面进行几何分块处理。
优选地，所述有限元网格划分模块，具体用于：对模型进行有限元网格划分，其中模型板料网格采用一阶四边形壳单元，板料网格尺寸为1-2mm，板料网格质量雅克比值≥0.8，模型中模具网格尺寸为1-3mm，模型中模具网格质量雅克比值≥0.7。
优选地，所述求解模块，具体用于：通过预设反方向运动值定义模型的求解文件。
优选地，所述区域优化处理模块，具体用于：对模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分进行优化处理，其中，缺陷部分包括：预设区域内尺寸不符合标准尺寸部分、起皱部分、开裂部分。
本发明通过完全模拟实际的多工步成型，根据仿真结果，从设计上去优化设计模具轮廓和坯料轮廓，从而在设计的前期规避掉经验和估算方法带来的风险，优化了多工步翻边的程序，大大提高了分析精度更高，实现了模拟多工步自动翻边，优化了坯料轮廓和翻边程序参数，大大缩短了模型的制作时间。
附图说明
图1为一种多工步自动翻边产品的CAE分析方法的方法流程图；
图2为一种多工步自动翻边产品的CAE分析系统的模块示意图；
图3为翻边模具的模型结构示意图；
图4为对模型有限元网格处理后的模型结构示意图；
图5为模型应力状态云图中预设区域优化示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明提出的一种多工步自动翻边产品的CAE分析方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1，根据目标产品数模建立翻边模具的模型；
如图3所示，在本实施方式中，在solidworks软件中根据产品的数模，建立翻边模具的模型，其中翻边模具的模型工作原理为：将坯料3套在凸模上；将护套锁紧；通过下模板向上运动带动顶料板向上运动，从而推动坯料向上进给，坯料口部会沿着凹模的圆角向内弯曲变形，此过程中凸模、凹模保持静止，护套也随之向上运动；凹模不动，凸模向上运动对向内弯曲的坯料进行整形，凸模向下运动回到凸模的初始位置；重复上述操作，直至达到产品所需轮廓。
步骤S2，对模型进行简化分块处理；
在本步骤中，所述对模型进行简化分块处理，具体包括：删除模型中与成型相关的面之外的零件和特征，删除模型中与成型相关的面中质量值低于预设质量值的面，对模型中剩下的面进行几何分块处理；
在本实施方式中，在Hypermesh中对模型进行简化,去掉多余的零件和特征，只保留和成型相关的面，然后运用Hypermesh的几何清理模块，对集合中的一些质量较差的面进行删除，对模型中剩下的面进行几何分块处理。
步骤S3，对模型进行有限元网格划分；
在本步骤中，在对模型进行有限元网格划分过程中，具体包括：模型中板料网格采用一阶四边形壳单元，板料网格尺寸为1-2mm，板料网格质量雅克比值≥0.8，模型中模具网格尺寸为1-3mm，模型中模具网格质量雅克比值≥0.7；
如图4所示，在本实施方式中，在hypermesh中对模型进行有限元网格划分，模型中板料网格采用一阶四边形壳单元，板料网格尺寸为1-2mm，板料网格质量雅克比值≥0.8，模型中模具网格尺寸为1-3mm，模型中模具网格质量雅克比值≥0.7，通过设置上述参数，提高了分析的精度。
步骤S4，对划分后的模型有限元网格进行各零件层的分离，并对各零件层中零件进行颜色和名字的编辑；
在本实施方式中，在dynaform中对划分后的模型有限元网格进行各零件层的分离，并对各零件层中零件进行颜色和名字的编辑，方便后期对零件的识别。
步骤S5，设置模型中零件的材料厚度、材料属性、相对位置、工作方向、摩擦系数；
在本实施方式中，在dynaform中对板料成形模块中材料厚度方向定义5个积分点，定义板料零件层以及坯料的材料属性，将模具定义为刚体材料，将凸模、凹模、护套、顶料板在工具栏中定义到相应的零件层，并定义好正确的相对位置和工作方向，保证初始状态各零件没有干涉。
步骤S6，对模型设置3个最小工步并对最小工步定义属性和控制方式；
在本实施方式中，在dynaform中，对模型操作中，将多工步自动翻边的每个工步分解成三个小的工步，并以最小工步为单位建立所有的工步；在工具控制中对每个工步的工具定义其属性；对每个工步的控制方式进行定义。
步骤S7，定义模型的求解文件，对定义过的求解文件进行求解运算得到模型的应力状态云图和厚度状态云图；
在本步骤中，在定义模型的求解文件过程中，具体包括：通过预设反方向运动值定义模型的求解文件；
在本实施方式中，由于在Dynaform的工作界面无法实自动翻边原理中凸模后退的情况，本步骤在求解文件中手动定义一个反方向的运动来实现凸模后退的情况。
步骤S8，对模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分进行优化处理；
在本步骤中，所述模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分，具体包括：预设区域内尺寸不符合标准尺寸部分、起皱部分、开裂部分；
如图5所示，在本实施方式中，通过应力状态云图分析所示4个区域的成型状态，评估分析结果，如果整个区域4的直边很短而区域1又伴随起皱，就说明整个翻边模具口部圆角过小，需要在修改模具圆角在进行计算，直至满足要求为止；如果区域1和4都满足要求，而区域1和3出现起皱或是开裂，根据本结果需要优化板料局部轮廓。
步骤S9，对优化处理后模型进行检查，当出现咬边、起皱时，通过后处理软件中的动画演示观察模型每一步成型状态，对出现缺陷的工步进行程序优化，得到目标模型。
在本实施方式中，在步骤S8操作后，当出现咬边、起皱时，通过后处理软件中的动画演示观察模型每一步成型状态，对出现缺陷的工步进行程序优化，得到目标模型，如此优化坯料轮廓和翻边程序参数，缩短了试制时间。
参照图2，本发明提出的一种多工步自动翻边产品的CAE分析系统，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于根据目标产品数模建立翻边模具模型；
如图3所示，在本实施方式中，在solidworks软件中根据产品的数模，建立翻边模具模型，其中翻边模具模型工作原理为：将坯料3套在凸模上；将护套锁紧；通过下模板向上运动带动顶料板向上运动，从而推动坯料向上进给，坯料口部会沿着凹模的圆角向内弯曲变形，此过程中凸模、凹模保持静止，护套也随之向上运动；凹模不动，凸模向上运动对向内弯曲的坯料进行整形，凸模向下运动回到凸模的初始位置；重复上述操作，直至达到产品所需轮廓。
简化分块模块，用于对模型进行简化分块处理；
简化分块模块，具体用于：删除模型中与成型相关的面之外的零件和特征，删除模型中与成型相关的面中质量值低于预设质量值的面，对模型中剩下的面进行几何分块处理；
在本实施方式中，简化分块模块对模型进行简化,去掉多余的零件和特征，只保留和成型相关的面，然后简化分块模块，对集合中的一些质量较差的面进行删除，并且对模型中剩下的面进行几何分块处理。
有限元网格划分模块，用于对模型进行有限元网格划分；
有限元网格划分模块，具体用于：对模型进行有限元网格划分，其中模型板料网格采用一阶四边形壳单元，板料网格尺寸为1-2mm，板料网格质量雅克比值≥0.8，模型中模具网格尺寸为1-3mm，模型中模具网格质量雅克比值≥0.7；
如图4所示，在本实施方式中，有限元网格划分模块对模型进行有限元网格划分，模型中板料网格采用一阶四边形壳单元，板料网格尺寸为1-2mm，板料网格质量雅克比值≥0.8，模型中模具网格尺寸为1-3mm，模型中模具网格质量雅克比值≥0.7，通过设置上述参数，提高了分析的精度。
零件分离标记模块，用于对划分后的模型有限元网格进行各零件层的分离，并对各零件层中零件进行颜色和名字的编辑；
在本实施方式中，零件分离标记模块对划分后的模型有限元网格进行各零件层的分离，并对各零件层中零件进行颜色和名字的编辑，方便后期对零件的识别。
零件参数设置模块，用于设置模型中零件的材料厚度、材料属性、相对位置、工作方向、摩擦系数；
在本实施方式中，零件参数设置模块对模型中材料厚度方向定义5个积分点，定义板料零件层以及坯料的材料属性，将模具定义为刚体材料，将凸模、凹模、护套、顶料板在工具栏中定义到相应的零件层，并定义好正确的相对位置和工作方向，保证初始状态各零件没有干涉。
工步设置模块，用于对模型设置3个最小工步并对最小工步定义属性和控制方式；
在本实施方式中，工步设置模块，将模型多工步自动翻边的每个工步分解成三个小的工步，并以最小工步为单位建立所有的工步；在工具控制中对每个工步的工具定义其属性；对每个工步的控制方式进行定义。
求解模块，用于定义模型的求解文件，对定义过的求解文件进行求解运算得到模型的应力状态云图和厚度状态云图；
求解模块，具体用于：通过预设反方向运动值定义模型的求解文件；
在本实施方式中，由于无法实自动翻边原理中凸模后退的情况，求解模块在求解文件中手动定义一个反方向的运动来实现凸模后退的情况。
区域优化处理模块，用于对模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分进行优化处理；
区域优化处理模块，具体用于：对模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分进行优化处理，其中，缺陷部分包括：预设区域内尺寸不符合标准尺寸部分、起皱部分、开裂部分；
如图5所示，在本实施方式中，通过应力状态云图分析所示4个区域的成型状态，评估分析结果，如果整个区域4的直边很短而区域1又伴随起皱，就说明整个翻边模具口部圆角过小，需要在修改模具圆角在进行计算，直至满足要求为止；如果区域1和4都满足要求，而区域1和3出现起皱或是开裂，根据本结果需要优化板料局部轮廓。
工步程序优化模块，用于对优化处理后模型进行检查，当出现咬边、起皱时，通过后处理软件中的动画演示观察模型每一步成型状态，对出现缺陷的工步进行程序优化，得到目标模型。
在本实施方式中，在区域优化处理模块对模型优化处理后，还出现咬边、起皱时，通过后处理软件中的动画演示观察模型每一步成型状态，对出现缺陷的工步进行程序优化，得到目标模型，如此优化坯料轮廓和翻边程序参数，缩短了试制时间。
本实施方式通过完全模拟实际的多工步成型，根据仿真结果，从设计上去优化设计模具轮廓和坯料轮廓，从而在设计的前期规避掉经验和估算方法带来的风险，优化了多工步翻边的程序，大大提高了分析精度更高，实现了模拟多工步自动翻边，优化了坯料轮廓和翻边程序参数，大大缩短了模型的制作时间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多工步自动翻边产品的CAE分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据目标产品数模建立翻边模具模型；
S2、对模型进行简化分块处理；
S3、对模型进行有限元网格划分；
S4、对划分后的模型有限元网格进行各零件层的分离，并对各零件层中零件进行颜色和名字的编辑；
S5、设置模型中零件的材料厚度、材料属性、相对位置、工作方向、摩擦系数；
S6、对模型设置3个最小工步并对最小工步定义属性和控制方式；
S7、定义模型的求解文件，对定义过的求解文件进行求解运算得到模型的应力状态云图和厚度状态云图；
S8、对模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分进行优化处理；
S9、对优化处理后模型进行检查，当出现咬边、起皱时，通过后处理软件中的动画演示观察模型每一步成型状态，对出现缺陷的工步进行程序优化，得到目标模型。
2.根据权利要求1所述的多工步自动翻边产品的CAE分析方法，其特征在于，在步骤S2中，所述对模型进行简化分块处理，具体包括：删除模型中与成型相关的面之外的零件和特征，删除模型中与成型相关的面中质量值低于预设质量值的面，对模型中剩下的面进行几何分块处理。
3.根据权利要求1所述的多工步自动翻边产品的CAE分析方法，其特征在于，在步骤S3中，在对模型进行有限元网格划分过程中，具体包括：模型中板料网格采用一阶四边形壳单元，板料网格尺寸为1-2mm，板料网格质量雅克比值≥0.8，模型中模具网格尺寸为1-3mm，模型中模具网格质量雅克比值≥0.7。
4.根据权利要求1所述的多工步自动翻边产品的CAE分析方法，其特征在于，在步骤S7中，在定义模型的求解文件过程中，具体包括：通过预设反方向运动值定义模型的求解文件。
5.根据权利要求1所述的多工步自动翻边产品的CAE分析方法，其特征在于，在步骤S8中，所述模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分，具体包括：预设区域内尺寸不符合标准尺寸部分、起皱部分、开裂部分。
6.一种多工步自动翻边产品的CAE分析系统，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于根据目标产品数模建立翻边模具模型；
简化分块模块，用于对模型进行简化分块处理；
有限元网格划分模块，用于对模型进行有限元网格划分；
零件分离标记模块，用于对划分后的模型有限元网格进行各零件层的分离，并对各零件层中零件进行颜色和名字的编辑；
零件参数设置模块，用于设置模型中零件的材料厚度、材料属性、相对位置、工作方向、摩擦系数；
工步设置模块，用于对模型设置3个最小工步并对最小工步定义属性和控制方式；
求解模块，用于定义模型的求解文件，对定义过的求解文件进行求解运算得到模型的应力状态云图和厚度状态云图；
区域优化处理模块，用于对模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分进行优化处理；
工步程序优化模块，用于对优化处理后模型进行检查，当出现咬边、起皱时，通过后处理软件中的动画演示观察模型每一步成型状态，对出现缺陷的工步进行程序优化，得到目标模型。
7.根据权利要求6所述的多工步自动翻边产品的CAE分析系统，其特征在于，所述简化分块模块，具体用于：删除模型中与成型相关的面之外的零件和特征，删除模型中与成型相关的面中质量值低于预设质量值的面，对模型中剩下的面进行几何分块处理。
8.根据权利要求6所述的多工步自动翻边产品的CAE分析系统，其特征在于，所述有限元网格划分模块，具体用于：对模型进行有限元网格划分，其中模型板料网格采用一阶四边形壳单元，板料网格尺寸为1-2mm，板料网格质量雅克比值≥0.8，模型中模具网格尺寸为1-3mm，模型中模具网格质量雅克比值≥0.7。
9.根据权利要求6所述的多工步自动翻边产品的CAE分析系统，其特征在于，所述求解模块，具体用于：通过预设反方向运动值定义模型的求解文件。
10.根据权利要求6所述的多工步自动翻边产品的CAE分析系统，其特征在于，所述区域优化处理模块，具体用于：对模型的应力状态云图和厚度状态云图中预设区域内缺陷部分进行优化处理，其中，缺陷部分包括：预设区域内尺寸不符合标准尺寸部分、起皱部分、开裂部分。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180907 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |