CN109108168A - 冲压模具合模间隙的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种冲压模具合模间隙的计算方法，包括：网格单元生成步骤；单元力计算步骤；压机与模具的建模步骤；上下模具的耦合建模步骤；耦合模型的网格划分步骤；单元力映射步骤；模具形变计算步骤；形变量叠加步骤；合模间隙计算步骤。本发明的冲压模具合模间隙的计算方法能精确计算上下模在合模时由于压机和模具的变形所造成的模具间隙，并通过此间隙的计算来指导对模具型面的补偿，提高模具首次合模的合模率(蓝油率)，缩短钳工打磨时间，提高模具制造效率。本发明的冲压模具合模间隙的计算方法能够得到上下模间隙的趋势云图。
Description
技术领域
本发明涉及模具制造领域，更具体地说，涉及冲压模具合模时上模与下模之间理论间隙的计算方法。
背景技术
随着计算机科学的发展，在模具设计制造中，过去长期依赖钳工、以钳工为中心的制造模式，正逐步被以技术、设计为中心的先进制造模式所替代。一副冲压模具的产生要经历冲压工艺设计、冲压模具设计、模面加工数据制作、加工中心加工、钳工研配等几个阶段。随着计算机的发展，有限元分析技术在模具设计中发挥着越来越重要的作用。工艺设计阶段，通过对板料成形的数值模拟，可以对板料的成形过程进行仿真，预测实际中的各种可能，为了保证计算效率，板料和模具都选用二维壳单元来模拟，其中板料为二维壳单元的弹塑性体，模具为二维壳单元的刚性体，网格单元尺寸较小，保证板料离散的网格与模具型面的贴合误差在0.05mm以内。到了后续对模具结构进行刚强度分析时，必须采用三维实体单元，此时若用较小的网格尺寸，单元数量巨大，严重影响计算效率，考虑到结构分析时网格与模具型面的误差不再重要，因此网格单元尺寸一般都在10mm以上，此时，网格与模具型面的贴合误差较大。
一副冲压模具中，装在压机的上滑块的部分称之为上模，装在压机的下平台的部分称之为下模。上模和下模合模后组成冲压模具。上模和下模的其中之一为凸模，另一个为凹模，凹模和凸模互相配合，进行冲压。上模和下模中，哪一个作为凸模，哪一个作为凹模，是由模具的类型决定。一般的单动模具都是将凹模装在上滑块作为上模，将凸模装在下平台作为下模。而双动模具是将凸模装在上滑块作为上模，凹模装在下平台作为下模。
对于汽车制造领域来说，冲压模具主要引用在汽车覆盖件领域，将板料通过冲压模具冲压成汽车覆盖件。在大型汽车覆盖件模具中，模具在压机的作用下会产生微量的形变，此形变是导致凸、凹模间隙产生的主要原因，大大影响着凸凹模的合模率(蓝油率)，增加了钳工的研配难度与研配周期。为了抵消模具形变所造成的合模间隙对合模率的影响，一般在模面数据阶段会对加工数据做补偿。补偿的量值和趋势目前主要依靠经验进行。
现有技术中，通过有限元分析技术计算凸凹模合模时由于模具微量形变造成的间隙，该计算过程还存在很多问题。例如：1)此间隙是上模与下模共同形变产生的，上模与下模、压机的上滑块与下平台的刚度都是在一个量级上的，只单独计算上模或者下模所得到的结果都不准确。2)若上下模同时建立一个模型，将上模面与下模面直接建立接触关系，施加压机压力，结果也将会不准确，因为忽略了上模与下模之间的板料对它们的作用。3)若考虑板料，将上、下模与板料一起建立分析模型，会有网格单元数量巨大，计算效率低的问题。4)若上模与下模分别建立分析模型，分别计算得到上模和下模的形变云图，目前也不能得到上下模总的间隙分布图，因为即使是像侧围这样的大型模具，上模与下模的形变量也只有0.1～0.4mm左右，而模具结构计算的单元网格尺寸在10mm以上，模具单元网格与模具型面的贴合误差远大于0.1～0.4mm，导致上模与下模形变后的面不能直接比对查看总间隙，看不到整体的间隙分布趋势。
发明内容
本发明旨在提出一种能够高效且精确计算冲压模具合模间隙的方法。
根据本发明的一实施例，提出一种冲压模具合模间隙的计算方法，上模具安装在压机的上滑块上，下模具安装在压机的下平台上，板料放置在上下模具之间，压机驱动上下模具对板料冲压成型，该冲压模具合模间隙的计算方法包括：
网格单元生成步骤，对压机、板料和上下模具生成网格单元模型；
单元力计算步骤，根据模拟冲压的过程，计算板料与上下模具的接触面模型上每一个网格单元的单元力，单元力包括板料与上模具之间的上单元力和板料与下模具之间的下单元力；
压机与模具的建模步骤，建立压机以及上下模具的模型；
上下模具的耦合建模步骤，依据所述压机以及上下模具的模型，建立压机的上滑块与上模具的上耦合模型以及压机的下平台与下模具的下耦合模型；
耦合模型的网格划分步骤，将压机和上下模具的网格单元模型映射到上耦合模型和下耦合模型，根据上耦合模型和下耦合模型获得上模具和下模具的工作型面模型，工作型面模型被划分成网格单元；
单元力映射步骤，基于接触面模型和工作型面模型的贴合度，将单元力映射到工作型面的网格单元上，其中上单元力映射到上模具的工作型面上，下单元力映射到下模具的工作型面上；
模具形变计算步骤，汇总上下模具的工作型面上的各个网格单元的单元力，获得上下模具的成形力，根据上下模具的成形力计算上下模具的形变量；
形变量叠加步骤，将上模具和下模具的网格单元建立对应关系，上模具和下模具的对应的网格单元的形变量叠加，获得该组网格单元的总形变量；
合模间隙计算步骤，根据各组网格单元的总形变量，确定上模具和下模具的合模间隙。
在一个实施例中，板料和上下模具的网格单元模型均为二维壳单元，其中板料为二维壳单元的弹塑性体，上下模具为二维壳单元的刚性体。
在一个实施例中，单元力计算步骤包括：
模拟冲压过程，获得板料与上下模具的接触面模型以及冲压数据，其中接触面模型被划分成网格单元；
依据冲压数据计算接触面模型的各个网格单元的接触压强，接触压强包括板料与上模具之间的上接触压强和板料与下模具之间的下接触压强；
计算接触面模型的各个网格单元的面积与法向方向，根据各个网格单元的接触压强，计算各个网格单元的单元力，单元力包括板料与上模具之间的上单元力和板料与下模具之间的下单元力。
在一个实施例中，通过AutoForm软件模拟冲压过程，获得板料与上下模具的接触面模型以及冲压数据。
在一个实施例中，压机与模具的建模步骤中，
在确保压机的上模块和下平台的挠度形变的情况下，对压机模型进行简化；
对上下模具的模型进行简化，去除小于阈值尺寸的次要结构。
在一个实施例中，通过HyperMesh软件进行上下模具的耦合建模以及耦合模型的网格划分步骤，获得上模具和下模具的工作型面模型。
在一个实施例中，单元力映射步骤中，检验接触面模型和工作型面模型的贴合度，在接触面模型和工作型面模型不贴合时，进行修正：
将接触面模型的网格单元以坐标转换的方式转换到工作型面的网格单元上；
为每一个工作型面的网格单元确定与之距离最近的接触面模型的网格单元；
将与之距离最近的接触面模型的网格单元的单元力映射到该工作型面的网格单元上。
在一个实施例中，模具形变计算步骤输出上模具形变云图和下模具形变云图，上模具形变云图包括形变前的上模具的各个网格单元和形变后的上模具的各个网格单元，下模具形变云图包括形变前的下模具的各个网格单元和形变后的下模具的各个网格单元。
在一个实施例中，合模间隙计算步骤中，各组网格单元的总形变量被施加到该组网格单元中作为凹模侧的模具上。
在一个实施例中，以凹模侧的模具为载体，通过HyperMesh软件将根据各组网格单元的总形变量施加于凹模侧的模具上，基于凹模侧的模具形变前和形变后的网格单元输出上下模具的合模间隙的趋势云图。
本发明的冲压模具合模间隙的计算方法能精确计算上下模在合模时由于压机和模具的变形所造成的模具间隙，并通过此间隙的计算来指导对模具型面的补偿，提高模具首次合模的合模率(蓝油率)，缩短钳工打磨时间，提高模具制造效率。本发明的冲压模具合模间隙的计算方法能够得到上下模间隙的趋势云图。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明的一实施例的冲压模具合模间隙的计算方法的执行过程。
图2揭示了根据本发明的一实施例的冲压模具合模间隙的计算方法中进行形变量叠加的示意图。
具体实施方式
本发明提出一种冲压模具合模间隙的计算方法，上模具安装在压机的上滑块上，下模具安装在压机的下平台上，板料放置在上下模具之间，压机驱动上下模具对板料冲压成型。图1揭示了根据本发明的一实施例的冲压模具合模间隙的计算方法的执行过程。参考图1所示，该冲压模具合模间隙的计算方法包括：
S101、网格单元生成步骤。对压机、板料和上下模具生成网格单元模型。在一个实施例中，板料和上下模具的网格单元模型均为二维壳单元，其中板料为二维壳单元的弹塑性体，上下模具为二维壳单元的刚性体。步骤S101中生成的网格单元标记为G1。
S102、单元力计算步骤。根据模拟冲压的过程，计算板料与上下模具的接触面模型上每一个网格单元的单元力，单元力包括板料与上模具之间的上单元力和板料与下模具之间的下单元力。接触面模型上的网格单元为G1。在一个实施例中，单元力计算步骤S102进一步包括：
模拟冲压过程。获得板料与上下模具的接触面模型以及冲压数据，其中接触面模型被划分成网格单元。在一个实施例中，通过AutoForm软件模拟冲压过程，获得板料与上下模具的接触面模型以及冲压数据。AutoForm软件为市售的工程软件。
依据冲压数据计算接触面模型的各个网格单元的接触压强，接触压强包括板料与上模具之间的上接触压强P1和板料与下模具之间的下接触压强P2。
计算接触面模型的各个网格单元的面积与法向方向，根据各个网格单元的接触压强，计算各个网格单元的单元力，单元力包括板料与上模具之间的上单元力F1和板料与下模具之间的下单元力F2。
S103、压机与模具的建模步骤。建立压机以及上下模具的模型。在一个实施例中，在压机与模具的建模步骤S103中，为了减小计算量，对压机模型和模具模型都进行了简化。但简化的过程中依旧会确保压机模型和模具模型的关键参数和关键结构不受影响。具体而言，对与压机模型，其关键参数是挠度形变，在确保压机的上模块和下平台的挠度形变满足出厂测试的挠度参数的情况下，对压机模型进行简化。对上下模具的模型进行简化是去除小于阈值尺寸的次要结构。比如直径在10mm以内的孔、圆角等次要结构在上下模具的模型中被去除。
S104、上下模具的耦合建模步骤。依据压机以及上下模具的模型，建立压机的上滑块与上模具的上耦合模型以及压机的下平台与下模具的下耦合模型。
S105、耦合模型的网格划分步骤。将压机和上下模具的网格单元模型映射到上耦合模型和下耦合模型，根据上耦合模型和下耦合模型获得上模具和下模具的工作型面模型，工作型面模型被划分成网格单元。在一个实施例中，通过HyperMesh软件进行上下模具的耦合建模以及耦合模型的网格划分步骤，获得上模具和下模具的工作型面模型。HyperMesh软件建立压机的上滑块与上模具的上耦合模型M1以及压机的下平台与下模具的下耦合模型M2。HyperMesh软件为市售的工程软件。利用已有的压机和上下模具的网格单元，将其映射到上耦合模型M1以及下耦合模型M2上，对于上耦合模型M1以及下耦合模型M2进行网格划分。根据上耦合模型M1和下耦合模型M2，在上模具和下模具的工作型面上进行网格划分，获得上模具和下模具的工作型面模型。上模具和下模具的工作型面模型上的网格单元为G2。网格单元G1与G2是在不同的步骤中通过不同的程序获得，两者并不一定相同。
S106、单元力映射步骤。基于接触面模型和工作型面模型的贴合度，将单元力映射到工作型面的网格单元上，其中上单元力F1映射到上耦合模型M1的上模具的工作型面上，下单元力F2映射到下耦合模型M2的下模具的工作型面上。接触面模型和工作面模型可能存在不贴合的情况，即网格单元G1与G2存在偏差。在这种情况下，首先要需要检验并修正接触面模型和工作型面模型的贴合度。因此在一个实施例中，在步骤S106中，需要检验接触面模型和工作型面模型的贴合度，在接触面模型和工作型面模型不贴合时，进行修正：
将接触面模型的网格单元G1以坐标转换的方式转换到工作型面的网格单元G2上。此步骤可以将网格单元G1和G2放置在同一个坐标系中，以便于进行坐标转换。
为每一个工作型面的网格单元G2确定与之距离最近的接触面模型的网格单元G1。
将与之距离最近的接触面模型的网格单元G1的单元力映射到该工作型面的网格单元G2上。由于单元力F1和F2是与网格单元G1相对应的，在G1和G2不贴合，存在偏差时，首先将在G1和G2之间建立对应关系，然后将相对应的接触面模型的网格单元G1的单元力应用到工作型面的网格单元G2上。
S107、模具形变计算步骤。汇总上下模具的工作型面上的各个网格单元的单元力，获得上下模具的成形力，根据上下模具的成形力计算上下模具的形变量。在一个实施例中，模具形变计算步骤S107输出上模具形变云图和下模具形变云图，上模具形变云图包括形变前的上模具的各个网格单元和形变后的上模具的各个网格单元，下模具形变云图包括形变前的下模具的各个网格单元和形变后的下模具的各个网格单元。在一个实施例中，将前述步骤中获得的上模具和下模具的工作型面模型的各个网格单元G2以及对应的单元力F1、F2导入到ABAQUS软件中，由ABAQUS软件进行计算，输出上模具形变云图和下模具形变云图。ABAQUS软件为市售的工程软件
S108、形变量叠加步骤。将上模具和下模具的网格单元建立对应关系，上模具和下模具的对应的网格单元的形变量叠加，获得该组网格单元的总形变量。图2揭示了根据本发明的一实施例的冲压模具合模间隙的计算方法中进行形变量叠加的示意图。具体方法参考图2所示，对上模具形变前工作型面上的每个网格单元i操作：搜索距离此节点i最近的下模具的工作型面的网格单元j，计算网格单元i的Z向形变量Di和网格单元j的Z向形变量Dj，两者相加得到上下模具的工作型面在网格单元i处总的Z向形变量D。
Di＝Zir-Zi
Di＝Zi-Zir
D＝Di+Di
在图2中，各个附图标记的含义如下：
A：上模具形变前的网格单元；
A’：上模具形变后的网格单元；
i：A中的一个网格单元；
i’：形变后网格单元i的位置；
B：下模具形变前的网格单元；
B’：下模具形变后的网格单元；
j：B中距离i距离最近的一个网格单元；
j’：形变后网格单元j的位置；
Di：网格单元i的Z向形变量；
Dj：网格单元j的Z向形变量。
在一个实施例中，在合模间隙计算步骤S108中，各组网格单元的总形变量被施加到该组网格单元中作为凹模侧的模具上。以凹模侧的模具为载体，来体现该组网格单元在Z向上总的形变量D。如前面所描述的，上模和下模中，哪一个作为凸模，哪一个作为凹模，是由模具的类型决定。一般的单动模具都是将凹模装在上滑块作为上模，将凸模装在下平台作为下模。而双动模具是将凸模装在上滑块作为上模，凹模装在下平台作为下模。
S109、合模间隙计算步骤。根据各组网格单元的总形变量，确定上模具和下模具的合模间隙。在一个实施例中，以凹模侧的模具为载体，通过HyperMesh软件将根据各组网格单元的总形变量施加于凹模侧的模具上，基于凹模侧的模具形变前和形变后的网格单元输出上下模具的合模间隙的趋势云图。
本发明的冲压模具合模间隙的计算方法能精确计算上下模在合模时由于压机和模具的变形所造成的模具间隙，并通过此间隙的计算来指导对模具型面的补偿，提高模具首次合模的合模率(蓝油率)，缩短钳工打磨时间，提高模具制造效率。本发明的冲压模具合模间隙的计算方法能够得到上下模间隙的趋势云图。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (10)
1.一种冲压模具合模间隙的计算方法，上模具安装在压机的上滑块上，下模具安装在压机的下平台上，板料放置在上下模具之间，压机驱动上下模具对板料冲压成型，该冲压模具合模间隙的计算方法包括：
网格单元生成步骤，对压机、板料和上下模具生成网格单元模型；
单元力计算步骤，根据模拟冲压的过程，计算板料与上下模具的接触面模型上每一个网格单元的单元力，单元力包括板料与上模具之间的上单元力和板料与下模具之间的下单元力；
压机与模具的建模步骤，建立压机以及上下模具的模型；
上下模具的耦合建模步骤，依据所述压机以及上下模具的模型，建立压机的上滑块与上模具的上耦合模型以及压机的下平台与下模具的下耦合模型；
耦合模型的网格划分步骤，将压机和上下模具的网格单元模型映射到上耦合模型和下耦合模型，根据上耦合模型和下耦合模型获得上模具和下模具的工作型面模型，工作型面模型被划分成网格单元；
单元力映射步骤，基于接触面模型和工作型面模型的贴合度，将单元力映射到工作型面的网格单元上，其中上单元力映射到上模具的工作型面上，下单元力映射到下模具的工作型面上；
模具形变计算步骤，汇总上下模具的工作型面上的各个网格单元的单元力，获得上下模具的成形力，根据上下模具的成形力计算上下模具的形变量；
形变量叠加步骤，将上模具和下模具的网格单元建立对应关系，上模具和下模具的对应的网格单元的形变量叠加，获得该组网格单元的总形变量；
合模间隙计算步骤，根据各组网格单元的总形变量，确定上模具和下模具的合模间隙。
2.如权利要求1所述的冲压模具合模间隙的计算方法，其特征在于，所述板料和上下模具的网格单元模型均为二维壳单元，其中板料为二维壳单元的弹塑性体，上下模具为二维壳单元的刚性体。
3.如权利要求1所述的冲压模具合模间隙的计算方法，其特征在于，所述单元力计算步骤包括：
模拟冲压过程，获得板料与上下模具的接触面模型以及冲压数据，其中接触面模型被划分成网格单元；
依据冲压数据计算接触面模型的各个网格单元的接触压强，接触压强包括板料与上模具之间的上接触压强和板料与下模具之间的下接触压强；
计算接触面模型的各个网格单元的面积与法向方向，根据各个网格单元的接触压强，计算各个网格单元的单元力，单元力包括板料与上模具之间的上单元力和板料与下模具之间的下单元力。
4.如权利要求3所述的冲压模具合模间隙的计算方法，其特征在于，通过AutoForm软件模拟冲压过程，获得板料与上下模具的接触面模型以及冲压数据。
5.如权利要求1所述的冲压模具合模间隙的计算方法，其特征在于，压机与模具的建模步骤中，
在确保压机的上模块和下平台的挠度形变的情况下，对压机模型进行简化；
对上下模具的模型进行简化，去除小于阈值尺寸的次要结构。
6.如权利要求1所述的冲压模具合模间隙的计算方法，其特征在于，通过HyperMesh软件进行上下模具的耦合建模以及耦合模型的网格划分步骤，获得上模具和下模具的工作型面模型。
7.如权利要求1所述的冲压模具合模间隙的计算方法，其特征在于，单元力映射步骤中，检验接触面模型和工作型面模型的贴合度，在接触面模型和工作型面模型不贴合时，进行修正：
将接触面模型的网格单元以坐标转换的方式转换到工作型面的网格单元上；
为每一个工作型面的网格单元确定与之距离最近的接触面模型的网格单元；
将与之距离最近的接触面模型的网格单元的单元力映射到该工作型面的网格单元上。
8.如权利要求1所述的冲压模具合模间隙的计算方法，其特征在于，所述模具形变计算步骤输出上模具形变云图和下模具形变云图，上模具形变云图包括形变前的上模具的各个网格单元和形变后的上模具的各个网格单元，下模具形变云图包括形变前的下模具的各个网格单元和形变后的下模具的各个网格单元。
9.如权利要求1所述的冲压模具合模间隙的计算方法，其特征在于，合模间隙计算步骤中，各组网格单元的总形变量被施加到该组网格单元中作为凹模侧的模具上。
10.如权利要求9所述的冲压模具合模间隙的计算方法，其特征在于，以凹模侧的模具为载体，通过HyperMesh软件将根据各组网格单元的总形变量施加于凹模侧的模具上，基于凹模侧的模具形变前和形变后的网格单元输出上下模具的合模间隙的趋势云图。
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| CN109108168B (zh) | 2019-12-27 |
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| PB01 | Publication | ||
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Inventor after: Shen Hongqing Inventor after: Zhang Qun Inventor after: Yao Wenting Inventor after: Ni Weihua Inventor before: Zhang Qun Inventor before: Ni Weihua Inventor before: Yao Wenting |
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| GR01 | Patent grant | ||
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