CN111014415A - 一种基于cae技术的拉延筋制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于CAE技术的拉延筋制造方法，包括步骤一、利用三维建模软件设计出拉延筋的三维模型，进行受力分析。步骤二、将三维模型导入模拟分析软件中划分网格。步骤三、进行工装定位，在定位过程中设置板料的材料属性、板料厚度、冲压速度和冲压距离。步骤四、进行冲压检测，判断上述设置的参数是否合理。步骤五、提交求解器运算进行仿真预测。步骤六、根据上述仿真预测结果确定是否需要优化三维模型，如果需要优化，则依次重复上述步骤一至五。步骤七、将拉延筋的模型输出，制造模具。本发明涉及的基于CAE技术的拉延筋制造方法，能够极大程度上缩短研发周期，降低设计成本，又杜绝了后期的改模成本，缩短了交模期限。

Description

一种基于CAE技术的拉延筋制造方法

技术领域

本发明涉及冲压模具设计技术领域，具体涉及一种基于CAE技术的拉延筋制造方法。

背景技术

板料拉深成形是利用模具对板料施加载荷，使板料产生塑性变形的过程。塑性变形时板料各个部分处于塑性应力状态，若应力失稳或过大，则会导致板料产生成型缺陷，常见的成型缺陷有起皱，回弹，破裂。现有技术为了避免上述成型缺陷的产生，在模具开发过程中，需要多次修改模具从而造成交模周期变长和模具设计制造成本高的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够解决拉伸模调试周期长和成本高的问题的基于CAE技术的拉延筋制作方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于CAE技术的拉延筋制造方法，包括步骤一、利用三维建模软件设计出拉延筋的三维模型，进行受力分析。步骤二、将三维模型导入模拟分析软件中划分板料网格、凸模网格、凹模网格和压边圈网格。步骤三、将步骤二中划分好网格的模型分离出压边圈的模型、凸模和凹模的模型，通过确定凸模、凹模、板料和压边圈的位置进行工装定位，在定位过程中设置板料的材料属性、板料厚度、冲压速度和冲压距离。步骤四、在前处理中预览凸模和凹模的运动趋势进行冲压检测，判断步骤三中设置的参数是否合理。步骤五、冲压检测合格之后提交求解器运算进行仿真预测。步骤六、根据步骤五中的预测结果确定是否需要优化三维模型，如果需要优化，则依次重复所述步骤一至步骤五。步骤七、将拉延筋的模型输出，制造模具。

根据本发明的基于CAE技术的拉延筋制造方法，通过CAE技术模拟拉延成形过程，对产品各个区域特征仿真结果进行分析，在产品设计前期就能发现产品设计上的缺陷，对局部堆料、起鼓、变形等不稳定因素进行优化，提高产品的稳定性。在产品结构不改变前提下，调整拉延筋的结构参数，改善产品的整体刚度。其次通过数值模拟优化产品的结构，避免失效产品的生产及改模工序的产生，最大限度的减小设计开发成本、模具制造成本。由此可见，本发明的基于CAE技术的拉延筋制造方法能够更加直观的找到缺陷原因，从根源上优化产品，有效的改善产品在加工过程中出现的各种缺陷，能够极大程度上缩短研发周期，降低设计成本，又杜绝了后期的改模成本，缩短了交模期限，从而能够满足高质量、高效率的要求而注备极高的市场竞争力。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据本发明的基于CAE技术的拉延筋制造方法，在一个优选的实施方式中，在步骤二中，将三维模型导入模拟分析软件后，检查网格质量，对有破损的网格进行修补。

由于三维建模软件在与分析软件接口转换过程中，会造成一些曲面质量产生问题。因此，通过检查网格质量实时对有破损的网格进行修补能够提高分析软件的效率和精确度。

进一步地，在一个优选的实施方式中，步骤二中，板料网格的划分密度要大于凸模网格和凹模网格的划分密度。

将成形板料部分的网格密度设置得大一些能够有效确保整个分析的精确性，而对于凸模和凹模等不参与成形的部分采用粗网格可以节省网格计算时间。

进一步地，在一个优选的实施方式中，在步骤六中，三维模型的优化包括调整凹模入口的圆角。

通过调整凹模入口的圆角能够使得板料在拉延过程中顺滑，从而防止产品褶皱，变形等缺陷。

进一步地，在一个优选的实施方式中，三维模型的优化步骤包括增大拉延筋位置凸模与凹模之间的间隙。

通过增大凸模与凹模之间的间隙能够避免产品产生内凹缺陷。

进一步地，在一个优选的实施方式中，三维模型的优化步骤包括调整拉延筋的筋条形状。

这种优化方式，能够确保拉延筋对板料提供合适的阻力，并且能够确保在不开裂的前提下尽可能提升拉延筋的阻料效果，从而能够使得板料拉伸更充分，零件刚度和强度更好。

进一步地，在一个优选的实施方式中，三维模型的优化步骤包括调整拉延筋的布置形式。

通过调整拉延筋的布置形式能够根据实际需求为板料提供流动阻力或流动引导力，从而进一步确保有效解决产品褶皱和变形的问题。

进一步地，在一个优选的实施方式中，在步骤一中，拉延筋的设置规律为：在凹模入口处，根据板料的流动变形速度设置拉延筋的拉延阻力。

为了使板料毛坯在变形过程中流动速度均匀，需要严格的控制板料的流速，防止不同区域位置处的板料流动速度差别过大，进而可以避免成形过程起皱破裂等缺陷的产生。在凹模入口处，当板料流动速度过大时采用能提供较大拉延阻力的拉延筋进行约束，以减少板料的变形速度。当板料流动速度较小时采用能提供较小拉延阻力的拉延筋，从而提高该位置处板料的变形速度。

具体地，在一个优选的实施方式中，在步骤二中，模拟分析软件包括AutoForm分析软件。进一步地，在一个优选的实施方式中，在步骤二中，三维模型输出文件格式包括IGES文件。将三维模型通过IGES文件导入AutoForm分析软件，能够实现三维模型的全面精确分析。

相比现有技术，本发明的优点在于：能够极大程度上缩短研发周期，降低设计成本，又杜绝的了后期的改模成本，缩短了交模期限。因此能够满足高质量、高效率的要求而注备极高的市场竞争力。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了本发明实施例的圆形拉延筋几何截面结构；

图2示意性显示了本发明实施例的半圆形拉延筋的工作原理；

图3示意性显示了本发明实施例的板料在接触弧i处的弯曲、附加拉伸和反弯曲过程；

图4示意性显示了本发明实施例的基于CAE技术的拉延筋制造方法的流程；

图5示意性显示了本发明实施例的基于CAE技术的拉延筋制造方法的仿真流程。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1示意性显示了本发明实施例的圆形拉延筋几何截面结构。图2示意性显示了本发明实施例的半圆形拉延筋的工作原理。图3示意性显示了本发明实施例的板料在接触弧i处的弯曲、附加拉伸和反弯曲过程。图4示意性显示了本发明实施例的基于CAE技术的拉延筋制造方法的流程。图5示意性显示了本发明实施例的基于CAE技术的拉延筋制造方法的仿真流程。

如图4和图5所示，本发明实施例的基于CAE技术的拉延筋制造方法，包括：步骤一、利用三维建模软件设计出拉延筋的三维模型，进行受力分析。步骤二、将三维模型导入模拟分析软件中划分板料网格、凸模网格、凹模网格和压边圈网格。步骤三、将步骤二中划分好网格的模型分离出压边圈的模型、凸模和凹模的模型，通过确定凸模、凹模、板料和压边圈的位置进行工装定位，在定位过程中设置板料的材料属性、板料厚度、冲压速度和冲压距离，同时进行模具工具的定义和设置。步骤四、在前处理中预览凸模和凹模的运动趋势进行冲压检测，判断步骤三中设置的参数是否合理。步骤五、冲压检测合格之后提交求解器运算进行仿真预测，分析应力应变关系和板厚变化，完成FLD成型极限图。步骤六、根据步骤五中的预测结果进行分析验证，确定是否需要优化三维模型，如果需要优化，则依次重复所述步骤一至步骤五，直至所有的特征均不存在开裂、起皱以及变形的缺陷，板料成型质量达到生产要求为止。步骤七、设计完成，将拉延筋的模型输出，制造模具。

根据本发明实施例的基于CAE技术的拉延筋制造方法，通过CAE技术模拟拉延成形过程，对产品各个区域特征仿真结果进行分析，在产品设计前期就能发现产品设计上的缺陷，对局部堆料、起鼓、变形等不稳定因素进行优化，提高产品的稳定性。在产品结构不改变前提下，调整拉延筋的结构参数，改善产品的整体刚度。其次通过数值模拟优化产品的结构，避免失效产品的生产及改模工序的产生，最大限度的减小设计开发成本、模具制造成本。由此可见，本发明的基于CAE技术的拉延筋制造方法能够更加直观的找到缺陷原因，从根源上优化产品，有效的改善产品在加工过程中出现的各种缺陷，能够极大程度上缩短研发周期，降低设计成本，又杜绝的了后期的改模成本，缩短了交模期限，从而能够满足高质量、高效率的要求而注备极高的市场竞争力。

具体地，在本实施例中，在步骤二中，模拟分析软件包括AutoForm分析软件。在步骤二中，将三维模型的IGES文件导入AutoForm分析软件。这样便于实现三维模型的全面精确分析。

本发明实施例的基于CAE仿真技术的拉延筋制造方法，受力分析过程如下：利用三维建模软件设计出所需要的拉延筋三维模型，如图1所示，以圆形拉延筋为例，其中Rg,Rb分别是凹模和凸模的圆角半径。板料通过拉延筋时会在1，3，5处受力发生弯曲变形，在2，4，6处受力发生反弯曲变形。因此，板料会在凸筋和凹筋共同作用下发生6次弯曲/反弯曲变形，不断地弯曲反弯曲变形会导致材料发生塑性软化，即存在鲍辛格效应。拉延筋阻力主要包括凸筋和凹筋对板料施加的变形力和摩擦力。在对复杂形状车身覆盖件成形分析过程中，合理的设置拉延筋会约束材料各个方向的流动，进而提高成形质量，此外设置拉延筋还可以使板料减少对压边力的依赖，从而降低对模具和设备的要求。

具体地，如图2所示，以半圆形拉延筋为例，板料在通过拉延筋时，在流经图2所示凸筋7或凹槽8圆角的接触弧1’、2’和3’处时，会经历如图3所示的弯曲②、附加拉伸③和反弯曲④等变形过程。板料9在进入确定接触弧i前(i＝1’，2’，3)，其横截面所受的切向力Fi,0，即板料经过前一接触弧反弯曲后，其横截面中所受的切向力Fi-1’,1’。由于压边力和凸模的作用，板料张紧在接触弧上，且在接触弧上滑动，其间分别受到分布的法向力dNi和分布的摩擦力μdNi的作用，由此使板料产生附加拉伸。根据与接触弧i接触的板料力的平衡条件，可推得板料在划过接触弧i时，其横截面所受切向力为

其中θi为接触弧i所对应的接触角。在板料经过图2所示接触弧1’、2’和3’时，经历循环的弯曲/反弯曲，并伴随着中性层的偏移、板厚的变化等复杂的变形过程，当板料推出接触弧3’后，板料9横截面所受切向力即为拉延筋阻力。

优选地，在本实施例中，在步骤一中，拉延筋的设置规律为：在凹模入口处，根据板料的流动变形速度设置拉延筋的拉延阻力。为了使板料毛坯在变形过程中流动速度均匀，需要严格的控制板料的流速，防止不同区域位置处的板料流动速度差别过大，进而可以避免成形过程起皱破裂等缺陷的产生。在凹模入口处，当板料流动速度过大时采用能提供较大拉延阻力的拉延筋进行约束，以减少板料的变形速度。当板料流动速度较小时采用能提供较小拉延阻力的拉延筋，从而提高该位置处板料的变形速度。

根据本发明实施例的基于CAE技术的拉延筋制造方法，优选地，在步骤二中，将三维模型的IGES文件导入模拟分析软件后，检查网格质量，对有破损的网格进行修补。由于三维建模软件在与分析软件接口转换过程中，会造成一些曲面质量产生问题。因此，通过检查网格质量实时对有破损的网格进行修补能够提高分析软件的效率和精确度。进一步地，在本实施例中，在步骤二中，板料网格的划分密度要大于凸模网格和凹模网格的划分密度。将成形板料部分的网格密度设置得大一些能够有效确保整个分析的精确性，而对于凸凹模等不参与成形的部分采用粗网格可以节省网格计算时间。

进一步地，在本实施例中，在步骤六中，三维模型的优化包括调整凹模入口的圆角。通过调整凹模入口的圆角能够使得板料在拉延过程中顺滑，从而防止产品褶皱，变形等缺陷。进一步地，在一个优选的实施方式中，三维模型的优化步骤包括增大拉延筋位置凸模与凹模之间的间隙。通过增大凸模与凹模之间的间隙能够避免产品产生内凹缺陷。进一步地，在本实施例中，三维模型的优化步骤包括调整拉延筋的筋条形状。这种优化方式，能够确保拉延筋对板料提供合适的阻力，并且能够确保在不开裂的前提下尽可能提升拉延筋的阻料效果，从而能够使得板料拉伸更充分，零件刚度和强度更好。优选地，在本实施例中，三维模型的优化步骤包括调整拉延筋的布置形式。通过调整拉延筋的布置形式能够根据实际需求为板料提供流动阻力或流动引导力，从而进一步确保有效解决产品褶皱和变形的问题。如图1所示，以圆形拉延筋为例，圆角和高度根据板料厚度调整，使得产品无起皱、拉伸充分，变形尽可能的控制在极小的范围内。

根据上述实施例，可见，本发明涉及的基于CAE技术的拉延筋制造方法，能够极大程度上缩短研发周期，降低设计成本，又杜绝了后期的改模成本，缩短了交模期限。因此能够满足高质量、高效率的要求而注备极高的市场竞争力。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种基于CAE技术的拉延筋制造方法，其特征在于，包括：

步骤一、利用三维建模软件设计出拉延筋的三维模型，进行受力分析；

步骤二、将三维模型导入模拟分析软件中划分板料网格、凸模网格、凹模网格和压边圈网格；

步骤三、将所述步骤二中划分好网格的模型分离出压边圈的模型、凸模和凹模的模型，通过确定凸模、凹模、板料和压边圈的位置进行工装定位，在定位过程中设置板料的材料属性、板料厚度、冲压速度和冲压距离；

步骤四、在前处理中预览凸模和凹模的运动趋势进行冲压检测，判断所述步骤三中设置的参数是否合理；

步骤五、冲压检测合格之后提交求解器运算进行仿真预测；

步骤六、根据所述步骤五中的预测结果确定是否需要优化三维模型，如果需要优化，则依次重复所述步骤一至步骤五；

步骤七、将拉延筋的模型输出，制造模具。

2.根据权利要求1所述的基于CAE技术的拉延筋制造方法，其特征在于，在所述步骤二中，将三维模型导入模拟分析软件后，检查网格质量，对有破损的网格进行修补。

3.根据权利要求1或2所述的基于CAE技术的拉延筋制造方法，其特征在于，所述步骤二中，板料网格的划分密度要大于凸模网格和凹模网格的划分密度。

4.根据权利要求1或2所述的基于CAE技术的拉延筋制造方法，其特征在于，在所述步骤六中，三维模型的优化包括调整凹模入口的圆角。

5.根据权利要求4所述的基于CAE技术的拉延筋制造方法，其特征在于，在所述步骤六中，三维模型的优化步骤包括增大凸模与凹模之间的间隙。

6.根据权利要求4所述的基于CAE技术的拉延筋制造方法，其特征在于，在所述步骤六中，三维模型的优化步骤包括调整拉延筋的筋条形状。

7.根据权利要求4所述的基于CAE技术的拉延筋制造方法，其特征在于，在所述步骤六中，三维模型的优化步骤包括调整拉延筋的布置形式。

8.根据权利要求1或2所述的基于CAE技术的拉延筋制造方法，其特征在于，在所述步骤一中，拉延筋的设置规律为：在凹模入口处，根据板料的流动变形速度设置拉延筋的拉延阻力。

9.根据权利要求1或2所述的基于CAE技术的拉延筋制造方法，其特征在于，在所述步骤二中，模拟分析软件包括AutoForm分析软件。

10.根据权利要求1或2所述的基于CAE技术的拉延筋制造方法，其特征在于，在所述步骤二中，三维模型输出文件格式包括IGES文件。

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