CN112580244A - 一种基于cae技术的拉伸件级进模少废料排样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于CAE技术的拉伸件级进模排样方法，根据设计的产品模型，结合模具设计编制加工工艺，结合加工工艺采用CAE仿真方法，分析产品的边缘轮廓，确定产品允许的最大偏差范围，由最大偏差范围计算产品的最大外形尺寸；级进模排样时，根据产品的最大外形尺寸结合加工工艺，按照产品之间邻接废料区间隙最小原则进行排样。本发明可以使材料利用率提升10％‑20％左右，大大节省了材料成本，为企业获得更大的利益和竞争力。

Description

一种基于CAE技术的拉伸件级进模少废料排样方法
技术领域
本发明涉及一种级进模排样方法，特别涉及一种基于CAE技术的拉伸件级进模少废料排样方法。
背景技术
目前，在级进模的设计中，排样方法有很多种。排样是根据产品的特点由设计者根据客户要求提供设计思路和方案而排列出来的排序图。排样方案的基本原则是在保证产品功能和尺寸要求的基础上，同时满足模具的量产性和模具强度的前提下，尽可能的节省原材料。一般的排样满足搭边值在1.5倍材料厚度为前提，可根据设计手册中不同形状、不同方式取搭边尺寸。一般的拉伸件基本工艺分为：切边-环切-拉伸-修边-落件至少5个工序完成。如图1所示。
这种拉伸件排样一般情况都会比较浪费材料，主要原因是：1.模具设计者为保证产品形象和尺寸要求需要增加足够的压边量来满足材料的流动所需要的压力和摩擦力，并且有时还会增加一些安全系数，使材料利用率大大降低。2.产品设计者只要求产品尺寸和形象，必须满足图纸要求。3.前两者开发前未做沟通或未进行有效的沟通，使得产品的成本大大增加，这些问题直接影响产品的成本，而材料成本在产品成本中又占有大部分的比例。所以降低材料成本有利于企业生产成本的利益最大化。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于CAE技术的拉伸件级进模少废料排样方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于CAE技术的拉伸件级进模少废料排样方法，根据设计的产品模型，结合模具设计编制加工工艺，结合加工工艺采用CAE仿真方法，分析产品的边缘轮廓，确定产品允许的最大偏差范围，由最大偏差范围计算产品的最大外形尺寸；级进模排样时，根据产品的最大外形尺寸结合加工工艺，按照产品之间邻接废料区间隙最小原则进行排样。
进一步地，优化加工工艺，使产品之间邻接废料区间隙接近零间隙。
进一步地，编制加工工艺时，采用切口工艺处理产品之间邻接的区域。
进一步地，确定产品允许的最大偏差范围时，结合模具设计，以及产品的功能和尺寸要求，确定级进模步距连接位置的重要度和公差允许范围。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)产品设计与模具设计充分沟通级进模步距连接位置的重要性和公差允许范围，保证零废料排样可以满足产品的功能和尺寸要求。
(2)优化工艺及排样，产品废料少，可以使材料利用率提升10％-20％左右，大大节省了材料成本，为企业获得更大的利益和竞争力。
(3)此设计方案，适用性广泛，一般规则的零部件产品都可以适用，可以作为标准设计方案进行推广使用。
附图说明
图1是现有技术的一种排样方法示意图。
图2是本发明的一种基于CAE技术的拉伸件级进模少废料排样方法示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1至图2，一种基于CAE技术的拉伸件级进模少废料排样方法，根据设计的产品模型，结合模具设计编制加工工艺，结合加工工艺采用CAE仿真方法，分析产品的边缘轮廓，确定产品允许的最大偏差范围，由最大偏差范围计算产品的最大外形尺寸；级进模排样时，根据产品的最大外形尺寸结合加工工艺，按照产品之间邻接废料区间隙最小原则进行排样。
CAE中文释义为计算机辅助工程分析，其主要采用有限元法、有限差分法、有限体积以及无网格法等分析方法。CAE软件主要应用于汽车、电子、航空航天、土木工程、石油等行业。CAE软件的类型主要包括通用前后处理软件、通用有限元求解软件和行业专用软件。
由于有限元技术的特点，使得前处理成为了一个相对独立，而又十分重要的部分。一些大型企业都采用了适应自己需求的前后处理软件。这些前后处理软件都具有良好的接口，可与众多的有限元求解软件相结合，以便用户更快、更方便地解算问题。常用的前后处理软件包括Altair公司的HyperMesh、GID公司的GID前后处理软件、EDS公司的FEMAP和MSC公司的Patran，这些软件在美国的汽车厂商中都有着广泛的应用。
常用的有限元求解软件包括：ABAQUS、ADINA、ALGOR、ANSYS、SciFEA、Cosmos、MSC/NASTRAN、MSC Marc、NX Nastran。这些软件都有着各自的特点，在行业内，一般将其分为线性分析软件和非线性分析软件，ANSYS、ALGOR属于线性分析软件，而ABAQUS、NASTRAN、ADINA、MARC属于非线性分析软件。
在板材成型行业里，有一些专用CAE软件，比如AUTOFORM系列软件、MSC/DYTRAN系列软件、DYNAFORM系列软件等。其中，MSC/DYTRAN系列软件，其材料流动性分析可直观地预测出冲压件厚度及应力分布、开裂和皱褶的形成等。ETA公司的DYNAFORM可以预测成形过程中板料的破裂、起皱、减薄、划痕和回弹，评估板料的成形性能，从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助。这一类分析工作与模具设计有着非常大的关联，因此以上这些软件都设有与CAD软件关联的接口，基本都与现有的三维设计软件CATIA、Pro/ENGINEER和UG有着良好的接口，软件的使用操作也都比较方便。
采用上述CAE软件可对加工工艺及产品进行性能分析和仿真，应用CAE软件对加工工艺及产品进行性能分析和仿真时，一般经历以下三个过程：
前处理过程：给实体建模与参数化建模，构件的布尔运算，单元自动剖分，节点自动编号与节点参数自动生成，载荷与材料参数直接输入，公式参数化导入，节点载荷自动生成，有限元模型信息自动生成等。
有限元分析过程：建立：有限单元库，材料库及相关算法，约束处理算法，有限元系统组装模块，静力、动力、振动、线性与非线性解法库。
后处理过程：根据工艺或产品模型与设计要求，对有限元分析结果进行验证，包括加工、检测，并以图形方式提供给用户，辅助用户判定计算结果与设计方案的合理性。
CAE软件通常包含以下模块：
前处理模块---对应前处理过程，实现以下功能：给实体建模与参数化建模，构件的布尔运算，单元自动剖分，节点自动编号与节点参数自动生成，载荷与材料参数直接输入有公式参数化导入，节点载荷自动生成，有限元模型信息自动生成等。
有限元分析模块---对应有限元分析过程，实现以下功能：建立有限单元库，材料库及相关算法，约束处理算法，有限元系统组装模块，静力、动力、振动、线性与非线性解法库。一般包括如下子系统：线性静力分析子系统、动力分析子系统、振动模态分析子系统、热分析子系统等。
后处理模块---对应后处理过程，实现以下功能：有限元分析结果的数据平滑，各种物理量的加工与显示，针对工程或产品设计要求的数据检验与工程规范校核，设计优化与模型修改，后处理模块根据工程或产品模型与设计要求，对有限元分析结果进行用户所要求的加工、检查，并以图形方式提供给用户。
除上述模块外，还包括:用户界面模块、数据管理系统与数据库、专家系统、知识库等。
前后处理模块是实现与CAD、CAM、CAPP、PDM等软件无缝集成的关键性软件成分。它们是通过增设CAD软件，例如Pro/Engineer，UG，Solidedge，CATIA，MDT等软件的接口数据模块，实现了CAD/CAE的有效集成。
CAE的作用：
a)增加设计功能，借助计算机分析计算，确保产品设计的合理性，减少设计成本；
b)缩短设计和分析的循环周期；
c)CAE分析起到的“虚拟样机”作用，在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程，虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性；
d)采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本；
e)在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；
f)模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；
进一步地，可优化加工工艺，使产品之间邻接废料区间隙接近零间隙。可设置废料区间隙阈值作为优化目标，调整工艺重复下述的方法步骤，直至产品之间邻接废料区间隙小于阈值：
按照调整的加工工艺采用CAE仿真方法，分析产品的边缘轮廓，确定产品允许的最大偏差范围，由最大偏差范围计算产品的最大外形尺寸；级进模排样时，根据产品的最大外形尺寸结合加工工艺，按照产品之间邻接废料区间隙最小原则进行排样。
进一步地，编制加工工艺时，可采用切口工艺处理产品之间邻接的区域。切口是沿照产品的最大外形尺寸所确定的轮廓线，可使产品之间邻接废料区间隙接近零，将产品之间邻接的区域切开，形成切口，然后再进行拉伸工艺处理，这样拉伸后所得到的产品外形尺寸，基本符合产品的设计尺寸。
本发明按照上述方法优化工艺，得到如下优化后的基本工序：切口-拉伸-切断三个工序步骤。采用切口工艺处理产品之间邻接的区域，在级进模排样时，可根据产品的最大外形尺寸，使产品之间邻接废料区间隙接近于零。这样不仅可以减少废料，相比较现有技术的工艺流程，还减少了工艺。由现有技术中的切边-环切-拉伸-修边-落件至少5个工序，减少到本发明的切口-拉伸-切断三个工序步骤。
先按照产品的最大外形尺寸所确定的轮廓线，将产品之间邻接的区域切开，形成切口，切开后料带仍连续，然后进行拉伸，这样拉伸后所得到的产品外形尺寸符合设计的产品基本尺寸。拉伸的工艺参数要考虑随外界变化如压力、材料、润滑等对成型尺寸的影响，设置前与产品设计人员进行沟通。拉伸后直接得到成品。工序简单，适用性强。最后的成品能够满足产品设计的要求。
进一步地，确定产品允许的最大偏差范围时，可结合模具设计，以及产品的功能和尺寸要求，确定级进模步距连接位置的重要度和公差允许范围。可级进模步距连接位置的重要度可按照连接位置对产品的功能的影响程度进行分级。公差允许范围可结合模具设计及产品的功能确定。
下面以本发明的一个优选实施例来进一步说明本发明的工作流程工作原理：
图2为本发明的零废料设计排样，在设计图2的排样之前，产品设计与模具设计进行了有效、充分的沟通。了解了重点的位置和要求，在功能及尺寸要求的范围内，将最优化的工艺方案提供给产品设计，产品设计在允许的范围内给予最大的尺寸要求范围。充分沟通后，模具设计利用CAE模拟技术进行材料成型分析，计算出精准的产品外形数据，形成产品的边缘轮廓，确定产品允许的最大偏差范围，由最大偏差范围计算产品的最大外形尺寸；级进模排样时，根据产品的最大外形尺寸结合加工工艺，按照产品之间邻接废料区间隙最小原则进行排样。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (4)

1.一种基于CAE技术的拉伸件级进模少废料排样方法，其特征在于，根据设计的产品模型，结合模具设计编制加工工艺，结合加工工艺采用CAE仿真方法，分析产品的边缘轮廓，确定产品允许的最大偏差范围，由最大偏差范围计算产品的最大外形尺寸；级进模排样时，根据产品的最大外形尺寸结合加工工艺，按照产品之间邻接废料区间隙最小原则进行排样。
2.根据权利要求1所述的基于CAE技术的拉伸件级进模少废料排样方法，其特征在于，优化加工工艺，使产品之间邻接废料区间隙接近零间隙。
3.根据权利要求1所述的基于CAE技术的拉伸件级进模少废料排样方法，其特征在于，编制加工工艺时，采用切口工艺处理产品之间邻接的区域。
4.根据权利要求1所述的基于CAE技术的拉伸件级进模少废料排样方法，其特征在于，确定产品允许的最大偏差范围时，结合模具设计，以及产品的功能和尺寸要求，确定级进模步距连接位置的重要度和公差允许范围。
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