CN110083873A - 一种基于cae的型材拉弯的回弹仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于计算机辅助工程(CAE)技术领域，提供了一种基于CAE的型材拉弯的回弹仿真方法，包括提取弯曲件的特征线；提取展开的系列线的端点位置，根据产品截面形状，建立合理的引导曲面截面，对坯料进行有限元网格划分，模拟也同样分解成沿轴向的力和沿轨道的位移；定义坯料的材料属性及与模具的接触属性等其它CAE求解相关的参数；求解计算，将修正后的模具导入CAE模具重新计算，直到计算得到的模型与理论模型误差在可接受的范围内。本发明优点在于减小了模具中轨迹的调试次数，可节约大量计算时间，可有效减少现场的弯曲调试次数和时间，提高工作效果。
Description
技术领域
本发明涉及计算机辅助工程(CAE)技术，具体涉及一种基于CAE的型材拉弯的回弹仿真方法，利用CAD和CAE技术解析型材拉弯时的回弹，并用该结果指导弯曲模具的设计。
背景技术
针对拉弯回弹，目前主要的方法是通过经验公式或纯理论的方法进行预估，或把复杂的3D问题简化成2D再通过有限元的方法进行预测，但因加载路径与实际加工过程存在偏差等因素，目前的理论计算和CAE仿真都无法准确求解复杂的3D拉弯过程中的回弹问题，有效预测回弹并根据回弹结果设计出高精度的弯曲模具，需要一种和实际弯曲加载工况一致的模拟方法以提高回弹的求解精度。
发明内容
为解决复杂3D拉弯回弹计算加载轨迹难获取、回弹计算需要进行多次试算导致计算时间过长不满足实际工期要求等问题，本发明提出了一种快速获取加载轨迹并根据实际现场弯曲工艺的特点，通过等效的方式，不仅在CAE中实现了与实际过程类似的加载方法，还提高了计算过程中的稳定性，基本解决了在复杂3D拉弯回弹过程中求解不收敛的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于CAE的型材拉弯的回弹仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101：提取弯曲件的特征线，并根据弯曲件的特点，将特征线根据实际精度需要展开成一系列的弯曲过程中的中间状态；
步骤102：提取展开的系列线的端点位置，然后根据提取的端点拟合生成端头的移动轨迹线；
步骤103：根据产品截面形状，建立合理的引导曲面截面，并考虑实际弯曲过程中的产品动作，生成合理的夹头运动导轨，限制产品的端头运动，使其尽可能与实际状态接近；
步骤104：对坯料进行有限元网格划分，然后和理论模具一起导入CAE软件，根据弯曲工艺建立一端的固定约束；
步骤105：夹头动对工件的作用可以分解成两部分，始终沿轴向的引伸力和沿轨道方向始终与轴向相切的位移加载，直到坯料与模具完全贴合后放开坯料，坯料自由回弹，形成最终的产品，模拟也同样分解成沿轴向的力和沿轨道的位移；
步骤106：定义坯料的材料属性及与模具的接触属性等其它CAE求解相关的参数；
步骤107：求解计算，得到回弹后的数模，通过比对与原始数模的差异得到产品上各个部分的回弹量，再通过CAD软件根据回弹量对模具进行修正；
步骤108：将修正后的模具导入CAE模具重新计算，重复步骤107，直到计算得到的模型与理论模型误差在可接受的范围内。
在上述的一种基于CAE的型材拉弯的回弹仿真方法中，在步骤105中在位移方向只施加另外2个方向的位移。这里因为轨道提供高度方向的位移约束，所以可以在位移方向只施加另外2个方向的位移，这样有助于计算收敛，否则会因为长度方向的理论计算与实际的偏差导致计算结果严重失真。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、拉弯的位移是由产品理论状态由软件二次开发的小程序自动生成，不仅速度快，甚至可以考虑坯料在预拉时坯料的伸长影响，因而位置控制更精确，所以模拟中的拉弯轨迹与生产实际更接近；
2、等效导轨的采用改善了因为位移约束过死而导致的计算结果不理想和收敛困难等问题，减小了模具中轨迹的调试次数，可节约大量计算时间；
3、由本方法得到的弯曲数模精度更高，可有效减少现场的弯曲调试次数和时间，提高工作效果。
附图说明
图1为产品及提取的特征线示意图；
图2为由根据产品特征线生成的夹头弯曲过程轨迹示意图；
图3为约束端头运动的轨迹示意图；
图4为CAE模型的示意图；
图5为整个实现过程的流程图；
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
图中，图中：1产品轮廓；2抽取的引导线；3展开的引导线；4运动端移动轨迹；5未弯曲的直条坯料；6为运动导轨；7模具。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方法和流程清晰完整的描述，但是所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请同时参阅图1至图5。
参见图5所示的流程图，以图1的产品轮廓1为例子，本实施借助于MSC、MARC和UG软件的二次开发功能，提供了一种基于CAE的型材3D拉弯回弹的分析方法，用于准确求解型材3D拉弯时的回弹量，以指导弯曲模的设计，包括：
步骤101：提取弯曲模型的特征线，并根据弯曲件的特点，将特征线根据实际精度需要展开成一系列的弯曲过程中的中间状态，如图2所示的展开的引导线3所示的系列直线，即根据产品特点展开得到的弯曲过程产品变化的中间状态，从这里可以清晰的看到产品在弯曲过程中端头位置的变化；
步骤102：提取展开的系列线的端点位置，并利用UG软件自动的曲线拟合功能把这一系列点拟合成一条直接，即为端头的在弯曲过程中的实时移动轨迹线，如图2所中运动端移动轨迹4所示的曲线；
步骤103：根据产品截面形状，并考虑实际弯曲过程中的产品动作的合理空间，建立合理的引导曲面的截面线，根据移动轨道生成合理的弯曲空间导轨面，限制产品的端头运动，保证其尽可能与实际状态接近，如图3未弯曲的直条坯料5的端头只能在运动导轨6限定的区域运动直到完成整个成型动作；
步骤104：对直条坯料5进行合理的有限元网格划分，然后和由产品特征未经补偿的模具型面一起导入CAE软件，根据真实的弯曲工艺，先建立一端的固定约束，如图4中模具7的另一端的合理范围内施加固定约束；
步骤105：夹头动对工件的作用可以分解成两部分，始终沿轴向的引伸力和沿轨道方向始终与轴向相切的位移加载，直到坯料与模具完全贴合后放开坯料，坯料自由回弹，形成最终的产品，模拟也同样分解成沿轴向的力和沿轨道的位移，这里因为轨道提供高度方向的位移约束，所以可以在位移方向只施加另外2个方向的位移，这样有助于计算收敛，否则会因为长度方向的理论计算与实际的偏差导致计算结果严重失真；
步骤106：定义坯料的材料属性，及与模具的接触属性等其它CAE求解相关的参数；
步骤107：求解计算，得到回弹后的数模，通过比对与原始数模的差异得到产品上各个部分的回弹量，再通过CAD软件根据回弹量对模具进行修正；
步骤108：将修正后的模具导入CAE模具重新计算，重复步骤107，直到计算得到的模型与理论模型误差在可接受的范围内。
综上所述，本发明可以稳定可靠的获得合理的回弹结果，以此为基础对弯曲模具进行合理的补偿，以提前弯曲模的设计精度，节约大量由重复调试导致的工时和原料浪费，降低弯曲件开发的过程成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本技术领域的工程人员在本发明所述的技术范围内，经简单变化所能实现的方案亦在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于CAE的型材拉弯的回弹仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101：提取弯曲件的特征线，并根据弯曲件的特点，将特征线根据实际精度需要展开成一系列的弯曲过程中的中间状态；
步骤102：提取展开的系列线的端点位置，然后根据提取的端点拟合生成端头的移动轨迹线；
步骤103：根据产品截面形状，建立合理的引导曲面截面，并考虑实际弯曲过程中的产品动作，生成合理的夹头运动导轨，限制产品的端头运动，使其尽可能与实际状态接近；
步骤104：对坯料进行有限元网格划分，然后和理论模具一起导入CAE软件，根据弯曲工艺建立一端的固定约束；
步骤105：夹头动对工件的作用可以分解成两部分，始终沿轴向的引伸力和沿轨道方向始终与轴向相切的位移加载，直到坯料与模具完全贴合后放开坯料，坯料自由回弹，形成最终的产品，模拟也同样分解成沿轴向的力和沿轨道的位移；
步骤106：定义坯料的材料属性及与模具的接触属性等其它CAE求解相关的参数；
步骤107：求解计算，得到回弹后的数模，通过比对与原始数模的差异得到产品上各个部分的回弹量，再通过CAD软件根据回弹量对模具进行修正；
步骤108：将修正后的模具导入CAE模具重新计算，重复步骤107，直到计算得到的模型与理论模型误差在可接受的范围内。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAE的型材拉弯的回弹仿真方法，其特征在于，在步骤105中在位移方向只施加另外2个方向的位移。
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