CN110457852A - 基于迭代法的综合回弹补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于迭代法的综合回弹补偿方法，属于冲压技术领域。包括处理冲压件的数学模型，将数学模型作为冲压模具型面导入有限元分析工具中；选取合适的材料模型；对有限元模型进行网格划分和模拟；得到回弹前后的零件和网格节点数据。计算回弹前后节点的法向量和节点连线向量，将回弹后节点的法向量平移和旋转后得到回弹补偿方向，在该补偿方向上取节点连线的长度作为补偿距离得到补偿点云，将补偿点云处理后作为冲压模具再次进行冲压的模拟；再次比对回弹后的零件和目标零件之间的形状误差，若满足产品形状公差，则得到了回弹补偿型面。本发明的补偿型面与目标型面的误差很小且算法简单，补偿效率高，可以缩短模具调试周期。
Description
技术领域
本发明涉及冲压技术领域，特别涉及一种基于迭代法的综合回弹补偿方法。
背景技术
在汽车、飞机、建筑外板等板材冲压成形工艺中，室温冲压以生产速度快，设备要求低等优点而被广泛应用，同时相较于热冲压而言，容易发生破裂，回弹现象明显，回弹前后形状误差较大，影响装配和产品质量。
传统方法解决回弹问题，一般采用“试模法”，但这种方法只能用于形状规则、曲率变化不大的零件，而且浪费时间和资源，严重影响生产效率。
目前比较有效能解决回弹补偿问题的方法采用“冲压方向补偿法”，即通过将回弹后的型面与目标型面之间的差值乘以一个系数沿着冲压方向加到目标型面上去，使零件在冲压成形过程中发生较目标型面大的弯曲，以期回弹后零件的形状和目标型面一致，但是这种方式缺乏理论依据，且对于复杂零件成形误差较大。
一种是通过对回弹前后的点云进行处理，将型面差值沿着节点的连线方向进行补偿。这一技术的主要问题是，对于以转动为主的回弹冲压件，补偿过程没有涉及转动这一因素，因此补偿节点位置与理想节点位置的误差较大，应用范围受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于迭代法的综合回弹补偿方法，解决了现有技术存在的冲压件回弹而非控制减小回弹量的问题。包括处理冲压件的数学模型，将数学模型作为冲压模具型面导入有限元分析工具中；选取合适的材料模型；对有限元模型进行网格划分和模拟；得到回弹前后的零件和网格节点数据。计算回弹前后节点的法向量和节点连线向量，将回弹后节点的法向量平移和旋转后得到回弹补偿方向，在该补偿方向上取节点连线的长度作为补偿距离得到补偿点云，将补偿点云处理后作为冲压模具再次进行冲压的模拟；再次比对回弹后的零件和目标零件之间的形状误差，若满足产品形状公差，则得到了回弹补偿型面。本发明的补偿型面与目标型面的误差很小且算法简单，补偿效率高，可以缩短模具调试周期。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
基于迭代法的综合回弹补偿方法，包括如下步骤：
1) 处理目标零件，得到可以用于有限元分析格式的数学模型；
2) 选取合适的材料模型；
3) 对各部件实例划分网格并提交计算任务；
4) 对冲压模拟后的零件进行回弹计算，导出回弹前后的零件以及节点坐标信息；
5）计算回弹前后节点的法向量和同一节点回弹前后节点连线向量，将回弹后节点的法向量平移到回弹前的同一节点，并以回弹前节点的法向量为轴作镜像得到新的向量，求出节点连线向量和回弹后节点法向量之间的角度，将得到的新向量再向内旋转该角度得到最终的回弹补偿方向；
6）在该补偿方向上取节点连线距离的长度作为补偿距离得到补偿点云，将补偿点云处理后得到回弹补偿型面，将该型面作为冲压模具再导入到有限元分析工具中进行冲压模拟；
7）再次比对回弹后的零件和目标零件之间的形状误差，若满足产品形状公差ε，则得到了回弹补偿型面；
8）若不满足产品形状公差ε，则将回弹补偿型面作为初始模具，重复步骤4）至步骤7），直到满足公差要求。
构建冲压件的数学型面使其与冲压成形后的产品型面保持一致。
所述网格划分应足够均匀。
将冲压模拟后还未计算回弹的零件作为型面对比的参考。
通过迭代方式逐步减小误差。
本发明的有益效果在于：通过本发明的方法，能够最大限度的消除冲压回弹，加快模具调试过程，提高模具开发效率。本发明综合考虑了节点旋转和位移的影响，获得准确的冲压补偿型面，消除冲压过程的非线性问题的影响。实用性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的补偿方向示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1及图2所示，本发明的基于迭代法的综合回弹补偿方法，包括如下步骤：
1）处理目标零件，得到可以用于模拟分析格式的数学模型；
2）选取合适的材料模型；
3）对各部件实例划分网格并提交计算任务；
4）对冲压模拟后的零件进行回弹计算，导出回弹前后的零件以及节点坐标信息；
5）计算回弹前后节点的法向量和同一节点回弹前后节点连线向量，将回弹后节点的法向量平移到回弹前的同一节点，并以回弹前节点的法向量为轴作镜像得到新的向量，求出节点连线向量和回弹后节点法向量之间的角度，将得到的新向量再向内旋转该角度得到最终的回弹补偿方向；
6）在该补偿方向上取节点连线距离的长度作为补偿距离得到补偿点云，将补偿点云进行处理得到回弹补偿型面，将该型面作为冲压模具导入到有限元分析中进行冲压模拟；
7）再次比对回弹后的零件和目标零件之间的形状误差，若满足产品形状公差ε，则得到了回弹补偿型面；
8）若不满足产品形状公差ε，则将回弹补偿型面作为初始模具，重复步骤4）至步骤7），直到满足公差要求。
进一步的，所述网格划分应足够均匀。
进一步的，将冲压模拟后还未计算回弹的零件作为型面对比的参考。
进一步的，通过迭代方式逐步减小误差，迭代次数不超过3次。
实施例：
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
参见图1及图2所示，一种基于迭代法的综合回弹补偿方法，包括以下步骤：
步骤一、处理目标零件，得到可以用于模拟分析格式的数学模型；在本实施例中，利用通用有限元分析软件ABAQUS，对目标零件建立数学模型，以获得目标零件的节点信息。
步骤二、为目标零件选取合适的材料模型；在本实施例中，以加工上述目标零件所使用的材料为薄板为例进行说明，其建立的材料模型所使用的软件为通用有限元分析软件ABAQUS。
步骤三、对所述材料模型中每个部件实例划分网格，在本实施例中，所述网格划分为四边形二维网格或者三角形二维网格。
步骤四、对所述材料模型进行第一次冲压模拟和回弹计算，将回弹前后的零件以wrl（虚拟现实文本）格式输出，此处回弹前的型面与目标零件的数学型面相一致。将节点坐标信息以asc（ASCII码）格式输出。
步骤五、计算回弹前型面A上节点的法向量af回弹后型面B上对应节点的法向量bd以及同一节点回弹前后节点连线向量ba(h)，将bd平移到a得到af，并以ae为轴作镜像得到ag，计算ba(h)与af之间的夹角α，将得到的新向量再向内旋转α得到最终的回弹补偿方向，该方向与实际节点移动方向ac接近，C为理想状态下的补偿型面。
步骤六、在该补偿方向上取节点连线距离的长度作为补偿距离得到补偿点云，将补偿点云通过Geomagic封装和光顺处理得到第一次回弹补偿型面，将该型面作为冲压模具再导入到ABAQUS中进行第二次冲压模拟和回弹计算。
步骤七、比对回弹后的零件和目标零件之间的形状误差，若满足产品形状公差ε，则得到了最终回弹补偿型面；
由于成形过程中的冲压非线性，仅通过一次的回弹补偿很难得到理想的模具型面，因此， 若不满足产品形状公差ε则进行步骤八；
步骤八、重复步骤四至步骤七的过程，具体是：
将第N次回弹补偿型面作为初始模具，对所述材料模型进行第N+1次冲压模拟和回弹计算，将回弹前后的零件以wrl（虚拟现实文本）格式输出。将节点坐标信息以asc（ASCII码）格式输出；N为自然数；
计算第N+1次回弹前后节点的法向量和同一节点回弹前后节点连线向量，将回弹后节点的法向量平移到回弹前的同一节点，并以回弹前节点的法向量为轴作镜像得到新的向量，计算节点连线向量和回弹后节点法向量之间的角度，将得到的新向量再向内旋转该角度得到第N+1次的回弹补偿方向；
在该补偿方向上取节点连线距离的长度作为补偿距离得到补偿点云，将补偿点云通过Geomagic封装和光顺处理得到第N+1次回弹补偿型面，将该型面作为冲压模具再导入到ABAQUS中进行第N+2冲压模拟和回弹计算；
比对第N+2次回弹后的零件和目标零件之间的形状误差，若满足产品形状公差ε，则得到了最终的回弹补偿型面；若不满足，则重复进行步骤八；
其中步骤四中的补偿次数为N，当进行N次补偿后，则使用了N次的迭代法。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于迭代法的综合回弹补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)处理目标零件，得到可以用于有限元分析格式的数学模型；
2)选取合适的材料模型；
3)对各部件实例划分网格并提交计算任务；
4)对冲压模拟后的零件进行回弹计算，导出回弹前后的零件以及节点坐标信息；
5）计算回弹前后节点的法向量和同一节点回弹前后节点连线向量，将回弹后节点的法向量平移到回弹前的同一节点，并以回弹前节点的法向量为轴作镜像得到新的向量，求出节点连线向量和回弹后节点法向量之间的角度，将得到的新向量再向内旋转该角度得到最终的回弹补偿方向；
6）在该补偿方向上取节点连线距离的长度作为补偿距离得到补偿点云，将补偿点云处理后得到回弹补偿型面，将该型面作为冲压模具再导入到有限元分析工具中进行冲压模拟；
7）再次比对回弹后的零件和目标零件之间的形状误差，若满足产品形状公差ε，则得到了回弹补偿型面；
8）若不满足产品形状公差ε，则将回弹补偿型面作为初始模具，重复步骤4）至步骤7），直到满足公差要求。
2.根据权利要求1所述的基于迭代法的综合回弹补偿方法，其特征在于：构建冲压件的数学型面使其与冲压成形后的产品型面保持一致。
3.根据权利要求1所述的基于迭代法的综合回弹补偿方法，其特征在于：所述网格划分应足够均匀。
4.根据权利要求1所述的基于迭代法的综合回弹补偿方法，其特征在于：将冲压模拟后还未计算回弹的零件作为型面对比的参考。
5.根据权利要求1所述的基于迭代法的综合回弹补偿方法，其特征在于：通过迭代方式逐步减小误差。
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