CN111421043B - 一种针对拉延模具压料圈部件弹性变形的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对拉延模具压料圈部件弹性变形的补偿方法，该方法如下：对压料圈三维实体赋予材料属性，然后对其进行静力有限元分析并计算压料圈弹性变形的位移矢量场；导出t×t文本文件的位移矢量场数据作为补偿基准数据；根据补偿基准数据对初始压料面进行反向变形补偿获得压料面曲面数据。本发明不需要构建补偿基准面，补偿量值与弹性变形量值基本一致；并且减少了钳工的型面研配工作量，提高了压料圈管理面区域的着色率，缩短了模具调试周期。

Description

一种针对拉延模具压料圈部件弹性变形的补偿方法

技术领域

本发明属于汽车钣金模具制造技术领域，具体来说涉及一种针对拉延模具压料圈部件弹性变形的补偿方法。

背景技术

汽车车身钣金零件在冲压成形过程中，既要保证冲压件产生充分的塑性变形，同时又要避免冲压件出现起皱、破裂等成形性缺陷。为实现上述目标，在生产中主要通过设置合理的拉延筋阻力、压料力等措施控制板料流动。如图1所示，通过调整拉延筋参数(例如筋宽B、筋高H、凹筋圆角R1、凸筋圆角R2等)、压料力F等能够获得合理的板料流入量。在冲压模具设计阶段，现有的技术手段只能将凸模、凹模、压料圈等模具部件设置为刚体部件，即认为在冲压成形过程中凸模、凹模、压料圈等不会产生弹性变形，拉延筋阻力、压料力等工艺参数都是基于这一前提来设计的。然而，压料圈在压料力的作用下所产生的弹性变形是不能忽略的，如图2所示，弹性变形后的压料圈沿着凸模轮廓会出现紧压区和空开区，其中紧压区会导致板料流动阻力增大，而空开区会导致板料流动阻力减小，这种板料流动阻力的差异必然会造成实际的板料流入量与理论设计值不一致，进而影响冲压件的成形质量。目前，在生产中为解决这一问题，普遍采用的方法为：在模具设计阶段，通过在压料圈管理面上设计强压量来为钳工预留一定的研磨裕度，如图3所示，其中管理面指的是凹筋圆角根线以里的相对平坦区域，拉延筋以外的压料面通常设计为空开面，冲压成形过程中不受力，因此压料圈的弹性变形主要影响拉延筋及管理面区域；在模具调试阶段，主要通过对管理面上的紧压区进行反复的研磨来实现合模间隙的均匀一致，消除弹性变形的影响。按照目前采用的压料圈调试方法，压料圈的研配时间在整个模具调试周期中仍占有较大的比重，且研配质量和时间严重依赖于钳工的个人经验及熟练程度，导致模具质量和调试周期不易控制。综上所述，工程中需要一种能够减少压料圈研配工作量、缩短调试周期的模面设计方法。

中国专利公报公开了“一种拉延模具压边圈挠度变形补偿方法”(申请号CN201910293755.8)，该方法采用有限元法分析压边圈挠度变形，在压边圈的关键位置选取一组参考点，以挠度变形量最小的参考点为基准，依次计算其余参考点的相对挠度变形量，作为各参考点的补偿量值，所有参考点的位置信息及对应的补偿量值构成挠度变形补偿方案，采用多点控制法对压边圈实现多点控制的整体变形处理。该方法是一种挠度变形的近似补偿方法，其缺点是:仅选取有限数量的参考点作为基准来驱动曲面变形，不能保证除参考点外其余部分的补偿量值与挠度变形量值一致。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种针对拉延模具压料圈部件弹性变形的补偿方法，该方法能够直接导出补偿基准数据，并根据补偿基准数据完成对初始压料面的反向变形补偿，补偿量值与弹性变形量值基本一致。

为了解决上述技术问题，本发明的针对拉延模具压料圈部件弹性变形的补偿方法如下：

第一步，获取补偿基准数据，子步骤为：

(1)压料圈静力有限元分析：在CATIA软件中对压料圈三维实体赋予材料属性，然后转到Generative Structural Analysis模块中对压料圈进行有限元网格划分，按照压料圈的实际运动条件和受力条件对其施加约束和载荷，计算压料圈弹性变形的位移矢量场；

(2)位移矢量场数据导出：在CATIA软件的Generative Structural Analysis模块中通过Export Data命令将位移矢量场数据从CATIA软件中导出，数据格式为t×t文本，并将该t×t文本文件作为补偿基准数据；

第二步，压料面弹性变形补偿：

将第一步获得的t×t文本文件映射到CATIA软件的Digitized Morphing命令中对初始压料面进行反向变形补偿获得压料面曲面数据。

通过反向变形补偿获得的压料面曲面数据的曲面质量完全满足设计要求，不需要对其进行任何的光顺处理，可直接将其用于设计压料圈的加工模面。

本发明通过从CATIA软件中导出数据格式为t×t文本的位移矢量场数据，并将其作为补偿基准数据，对初始压料面进行反向挠度变形补偿获得压料面曲面数据，不需要构建补偿基准面，补偿量值与弹性变形量值基本一致；并且减少了钳工的型面研配工作量，提高了压料圈管理面区域的着色率，缩短了模具调试周期。

附图说明

图1是拉延模具合模状态截面示意图。

图中：1.凹模，2.凸模，3.压料圈，4.压料圈刚闭合时的板料边界，5.压料圈成形到底时的板料边界，6.板料，Δd.板料流入量，R1.凹筋圆角，R2.凸筋圆角，B.拉延筋宽，H.拉延筋高，F.压料力。

图2中(a)是理想刚体压料圈示意图，(b)是弹性变形后的压料圈示意图。

图中：1.凹模，2.压料圈，3.板料，4.空开区，5.强压区。

图3是压料面的加工模面传统设计方案示意图。

图中：1.空开面，2.初始压料面，3.强压面，4.管理面，Δm.空开量值，Δp.强压量值。

图4是某车型翼子板拉延模具的压料圈部件三维实体图。

图5是压料圈部件的有限元网格模型。

图6是网格参数示意图。

图中：1.模具实体表面，2.网格单元，3.网格节点。

图7是压料圈部件的约束与载荷分布图。

图中：1.导滑面约束，2.Z向位移约束，3.在压料面上施加的压料力。

图8是压料圈部件弹性变形后的位移云图。

图9是位移矢量场分布图。

图中：1.在CATIA软件中设计的初始压料面，2.通过有限元分析获得的网格单元节点位移矢量场。

图10是压料面反向补偿算法示意图。

图中：1.初始压料面，2.在压料力作用下产生弹性变形后的压料面，3.反向补偿后的压料面，4.通过有限元分析获得的网格单元节点位移矢量场，5.反向位移矢量场。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步向详细描述，此处所描述的实施案例仅用于解释发明，并不限定发明。

以某车型翼子板拉延模具的压料圈部件为例，其材质为GGG70L铸铁，理论压料力为1200kN。如图4所示，本发明的针对拉延模具压料圈部件弹性变形的补偿方法具体如下：

第一步，获取弹性变形补偿基准数据，子步骤为：

(1)在CATIA软件中对压料圈三维实体赋予铸铁材料属性；转到CATIA的Generative Structural Analysis(创成式结构分析)模块中，对压料圈三维实体进行有限元网格划分，网格模型如图5、6所示，其中网格单元边长L设置为20mm，弦高差△h设置为1mm。在压料圈的导板安装面上添加导滑面约束，在压料圈托杆底面上添加Z向(冲压方向)位移约束，在压料面上施加1200kN的压料力，约束及载荷分布如图7所示。将以上设置好的有限元模型在CATIA软件中提交计算，计算完成后得到压料圈弹性变形的位移矢量场；弹性变形后的压料圈位移云图如图8所示；

(2)在CATIA软件的Generative Structural Analysis模块中，采用Export Data(输出数据)命令将压料圈弹性变形的位移矢量场导出，导出数据的格式为t×t文本，本例中将输出数据命名为“Binder.t×t”，该文本文件即为补偿基准数据。

第二步，压料面弹性变形补偿：

启动CATIA软件的Digitized Morphing(数字化变形)命令，选择初始压料面作为要变形的目标面，加载“Binder.t×t”文本文件作为补偿基准数据，所加载的位移矢量场分布如图9所示，位移系数Scale设置为-1，完成对初始压料面的反向变形补偿，图10所示为反向变形补偿算法示意图。

基于反向变形补偿后获得的压料面曲面数据设计压料圈的加工模面。

Claims (1)

1.一种针对拉延模具压料圈部件弹性变形的补偿方法，其特征在于包括下述步骤：

第一步，获取补偿基准数据，子步骤为：

(1)压料圈静力有限元分析：在CATIA软件中对压料圈三维实体赋予材料属性，然后转到Generative Structural Analysis模块中对压料圈进行有限元网格划分，在压料圈的导板安装面上添加导滑面约束，在压料圈托杆底面上添加冲压方向的位移约束，在压料面上施加压料力，计算压料圈弹性变形的位移矢量场；

(2)位移矢量场数据导出：在CATIA软件的Generative Structural Analysis模块中通过Export Data命令将位移矢量场数据从CATIA软件中导出，数据格式为t×t文本，并将该t×t文本文件作为补偿基准数据；

第二步，压料面弹性变形补偿：

将第一步获得的t×t文本文件映射到CATIA软件的Digitized Morphing命令中对初始压料面进行反向变形补偿获得压料面曲面数据。

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