CN113836663B - 汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车模具冲压技术领域，公开了一种汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法，用以提高模具设计阶段的型面补偿效率。本发明首先获取产品型面的接触压力分布；然后按照产品型面的接触压力分布，向等效模具压机变形测量装置中的各测试点施加相应的冲压载荷，并通过等效模具压机变形测量装置中的测试机构测试各测试点在冲压载荷下的等效形变值；其中，所述等效形变值包括柔性测量的形变值和刚性测量的形变值；最后根据柔性测量的形变值和刚性测量的形变值，计算各测试点的弹性变形补偿值。本发明适用于汽车冲压模具调试。
Description
技术领域
本发明涉及汽车模具冲压技术领域，特别涉及汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法。
背景技术
汽车冲压模具在调试过程中，产品上下模型面的研合率是评判模具合模的一个重要指标，影响研合率的因素有很大，如模具型面加工精度、板料的变薄、装配精度以及模具在压机工作台受力后的弹性变形等，其中压机工作台上的弹性变形对研合率的影响最大，针对弹性变形导致的模具研合率较低的现状，一种方法是通过高技能的钳工通过不断打磨予以消除，该方式效率低下，主要依耐钳工的技术水平。另一种是将压机弹性变形数值补偿到模具的上凹模中，来抵消因为压机受力后凸凹型面产生的让空间隙值。然而模具冲压过程中压机工作台产生的弹性变形值目前只能依靠经验进行估计，无法采用简单的测量方法或仪器获得，导致模具型面在进行补偿时，采用经验估计的压机工作台弹性变形值与真实的数值有时候存在较大的偏差，造成模具的调试以及品质提升周期变长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法，用以提高模具设计阶段的型面补偿效率。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法，包括以下步骤：
步骤1：获取产品型面的接触压力分布；
步骤2：按照产品型面的接触压力分布，向等效模具压机变形测量装置中的各测试点施加相应的冲压载荷，并通过等效模具压机变形测量装置中的测试机构测试各测试点在冲压载荷下的等效形变值；其中，所述等效形变值包括柔性测量的形变值和刚性测量的形变值；
步骤3：根据柔性测量的形变值和刚性测量的形变值，计算各测试点的弹性变形补偿值。
进一步的，步骤1具体可包括：
步骤11：将产品型面离散成多个分块型面区域；
步骤12：采用板料仿真软件对产品型面进行接触压力计算，获得型面各分块区域稳态下的离散压力数据；
步骤13：对获得的离散压力数据进行二维拟合和三维插值计算，并得到连续的产品型面三维接触压力分布图。
进一步的，柔性测量时，所述等效模具压机变形测量装置可包括：压机下工作台(10)、测量下模座(11)、氮气弹簧柱(12)、支撑柱(14)、压机上工作台(16)、测量杆(17)、位移传感器(18)、测量上模座(19)；其中，支撑柱(14)贯穿测量上模座(19)和测量下模座(11)上，其两端分别支撑在压机下工作台(10)和上工作台(16)上；氮气弹簧柱(12)的底部固定到测量下模座(11)上，氮气弹簧柱(12)的上部与测量上模座(19)接触；测量杆(17)固定在测量下模座(11)上，测量杆(17)的上端安装位移传感器(18)和压机上工作台(16)；测量上模座(19)安装在压机上工作台(16)上，测量下模座(11)安装在压机下工作台(10)上；
刚性测量时，所述等效模具压机变形测量装置在可包括：压机下工作台(10)、测量下模座(11)、刚性柱(13)、支撑柱(14)、压机上工作台(16)、测量杆(17)、位移传感器(18)、测量上模座(19)；其中，支撑柱(14)贯穿测量上模座(19)和测量下模座(11)上，其两端分别支撑在压机下工作台(10)和上工作台(16)上；刚性柱(13)的底部固定到测量下模座(11)上，刚性柱(13)的上部与测量上模座(19)接触；测量杆(17)固定在测量下模座(11)上，测量杆(17)的上端安装位移传感器(18)和压机上工作台(16)；测量上模座(19)安装在压机上工作台(16)上，测量下模座(11)安装在压机下工作台(10)上。
进一步的，对于任意一个测试点1，步骤3计算测试点1的弹性变形补偿值的公式如下：
其中，ya1为测试点1的柔性测量值，yb1为测试点1的刚性测量值，n为补偿次数，k＝0.09～0.11，为压机弹性变形补偿衰减系数，当k取下限值，当/>k取上限值，当/>k取0.1。
本发明的有益效果是：本发明首先对压机工作台进行受力分析，采取合适的单位对产品型面区域进行离散划分，其次采用板料仿真软件对产品型面进行接触压力计算，获得型面各分块区域稳态下的离散压力分布，利用数学软件对获得的离散压力数据进行二维拟合和三维插值计算，并得到连续的产品型面三维接触压力分布图。利用该压力分布图并通过等效实际的冲压模具工况，设计了一套通用的等效模具压机变形测量装置，采用刚性和柔性结合的测量法得到压机弹性变形补偿值，采用本发明能够在模面设计前期就获得不同产品模具、不同压机结构、不同压力压机变形数值，通过模面补偿后，不仅能大幅提高模具设计阶段的型面补偿效率，而且压机变形补偿准确率可从现有的70％提升到95％以上。
附图说明
图1为模具冲压工况工作台受力分析的结构示意图；
图2为产品型面离散块划分的示意图；
图3为0≤x≤300段拟合接触压力曲线图；
图4为300＜x＜900段拟合接触压力曲线图；
图5为900≤x≤300段拟合接触压力曲线图；
图6为连续的二维接触压力曲线图；
图7为实施例提供的等效模具压机变形测量装置的结构示意图。
图中编号：1-底座，2-下工作台，3-下模型面，4-上模型面，5-上工作台，6-上滑块，7-立柱，10-压机下工作台，11-测量下模座，12-氮气弹簧柱，13-刚性柱，14-支撑柱，15-垫块，16-压机上工作台，17-测量杆，18-位移传感器，19-测量上模座。
具体实施方式
本发明设计了一种汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法，首先对压机工作台进行受力分析，采取合适的单位对产品型面区域进行离散划分，其次采用板料仿真软件对产品型面进行接触压力计算，获得型面各分块区域稳态下的离散压力分布，利用数学软件对获得的离散压力数据进行二维拟合和三维插值计算，并得到连续的产品型面三维接触压力分布图。利用该压力分布图并通过等效实际的冲压模具工况，设计了一套通用的等效模具压机变形测量装置，采用刚性和柔性结合的测量法得到压机弹性变形补偿值，采用本发明能够在模面设计前期就获得不同产品模具、不同压机结构、不同压力压机变形数值，通过模面补偿后，不仅能大幅提高模具设计阶段的型面补偿效率，而且压机变形补偿准确率可显著提升。
下面通过具体的实施例对本发明的方案原理进行详细说明。
实施例提供了一种汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法，具体的实施过程如下：
一、压机工作台受力分析
首先对模具的冲压工况进行建模，建模结果如图1所示，其中压机下工作台2采用螺栓固定在底座1上，模具的下模型面3固定在压机下工作台2上，上模型面4固定在压机上工作台5上，上工作台5与上滑块6采用螺栓固定，上滑块6与立柱7做上下滑动摩擦运动。在受力上，两端的A和D点为曲柄连杆加载后的等效载荷区域，以模具型面的中点B为原点坐标，两端分别为E和C，在冲压力F的作用下，B点距E点的水平方向长度记为X，凸凹型面垂直方向产生的弹性变形值距离记为y。
二、产品型面离散接触压力分布计算
根据产品特征，同一套模具型面不同区域，其成型力存在不均衡性，尤其是冲压零件产品特征与造型不对称，会造成型面受力不均，板料与模具之间的接触压力表现为瞬态阶段，且变化极为不稳定，因此需要获得产品型面区域内稳态状况下的冲压载荷。下面介绍获得方法和步骤。
1、产品型面区域离散划分
这里选择背门外板为说明对象，首先将产品型面进行离散化，如图2所示，根据产品的尺寸大小和型面特征，划分成规定尺寸的等分块，建立平面坐标系，划分的区域分别标记为A11-A18；A21-A28；A31-A38；A41-A48。
2、冲压载荷数值仿真计算
在冲压成形过程中，板料与模具之间的接触压力表现为瞬态阶段，且变化极为不稳定，这里对其进行数值仿真模拟分析，将划分的产品凸模、凹模、压边圈工具体导入板料成形分析软件中，计算得到各个分块型面区域状况下的接触载荷。
3、提取产品型面划分各块的接触压力
随着冲压行程的变化，型面各区域的接触载荷也呈现动态变化，当冲压行程到达下死点并保压时，此时型面接触载荷为稳态载荷，在后处理中提取各分块区域内的冲压载荷。
4、接触压力载荷的放大与拟合
根据理论分析结合实际生产，目前产品在生产线上的压机冲压吨位为理论或仿真冲压载荷的1.3-1.5倍，为了获得产品区域内连续的接触压力信息，这里考虑材料因素、摩擦系数以及成形工艺参数的影响，对放大后的离散压力载荷数据进行拟合，这里以长度X方向的分块为变量，采用分段拟合其对应的接触压力，这里以上图A11-A18段分块区域为例，x分段对应的稳态冲压接触压力载荷y的表达式为：
y＝85.9+0.32x-4.1×10-3x2+8×10-6x3 (0≤x≤300)
y＝6.13+0.11x-1.68×10-4x2+9.2×10-8x3 (300＜x＜900)
y＝-565+2.82x-3.8×10-3x2+1.6×10-6x3 (900≤x≤1200)
其中，X为产品单个分块区域横坐标值，(mm),y为x坐标下对应的稳态接触压力(kN)。
上述的三个表达式所对应的拟合接触压力曲线如图3-图5所示，对图3-图5中接触压力曲线进行拼合之后得到如图6所示的连续的接触压力曲线。
4、产品型面接触压力曲面分布图生成
当获得修正、拟合后各X方向分块区域修正后对应的稳态冲压载荷曲线后，采用数学软件对Y方向分块区域对应的稳态冲压接触压力曲线进行插值，选择双调和的4格点样条插值法，得到产品型面X、Y坐标的稳态冲压的三维接触压力曲面分布图。
三、通用等效模具压机变形测量方法和装置
根据上述产品型面的接触压力分布，下面设计一套通用的压机弹性变形测量装置来取代并测量冲压模具，在模具等效装置的结构设计中，主要思路是根据接触压力大小区域来等效设置不同公称压力的氮气弹簧，模具结构的支撑受力区域则等效设置支撑柱。具体结构和工作原理如下：
步骤一：测量结构装置的等效替代：
为了在测量装置中将原先模具不同受力区域简化为通用结构，等效模具压机变形测量装置中如图7所示，支撑柱14贯穿测量上模座19和下模座11上，其两端分别支撑在压机下工作台10和上工作台16上，用于等效模具支撑筋的受力状态，柔性氮气弹簧柱12和刚性柱13的底部采用配套的安装法兰固定到测量下模座11上，上部与测量上模座19接触，用于模拟工作型面的受力工况。在本测量结构和装置中，柔性氮气弹簧柱12、刚性柱13、支撑柱14以及测量杆17的数量和位置布局成通用结构，用于满足当前汽车模具生产所需的所有吨位和尺寸大小。
步骤二：测量装置的安装与测量
基于上述模具等效下的结构安装完成后，下面介绍压机工作台弹性变形测量装置，测量杆17采用连接板和螺栓固定在测量下模座11上，其上端安装位移传感器18，测量上模座19采用螺栓和压板安装在压机上工作台16上，测量下模座11采用螺栓和压板安装在压机下工作台10上。当测量装置在压机上安装调整完毕后，在零件的成形或工作载荷下进行冲压，位移传感器18经过外接的数据采集与处理器将数据进行处理，得到等效模具结构下的型面测量部位的弹性变形值，作为压机工作台补偿数值。
四、压机弹性变形补偿值的测量和计算
步骤一：柔性测量(取消刚性柱13，保留对应的氮气弹簧柱12)
在柔性测量中，取消刚性柱13，保留对应的氮气弹簧柱12，将上述得到的型面接触压力曲面分布通过设置不同吨位的氮气弹簧柱12进行等效，根据产品的尺寸和型面特征，这里选择6个测量杆对压机工作台弹性变形进行测量，现按照产品型面的三维接触压力曲面分布图施加产品的实际生产线冲压载荷，位移传感器18测得各个测试点的等效形变值分别标记为ya1、ya2、ya3、ya4、ya5、ya6。
步骤二：刚性测量(保留刚性柱13，取消对应的氮气弹簧柱12)
在刚性测量中，保留刚性柱13，取消对应的氮气弹簧柱12，其余工况和设置与步骤一的柔性测量一致，位移传感器18测得各个测试点的等效形变值分别标记为yb1、yb2、yb3、yb4、yb5、yb6。
步骤三：上凹模型面上各测试点补偿值的确定：
当获得上述柔性和刚性测量数据后，现综合对上凹模型面反向进行补偿，根据实际模具冲压可知，当对上凹模反向补偿后，从微观角度可知，模具闭合下死点位置凸凹模的间隙相对补偿前变小，而模具的冲压行程不变，因此压机工作台将会产生额外的弹性变形，为了消除额外的弹性变形，还需要进行第二次补偿，由于每次补偿后凸凹模型面的合模间隙将会越来越小，如第二次补偿达不到产品的精度，还需要进行第三次补偿，理论上为了最大程度的消除工作台弹性变形，需要进行无限次的回弹补偿次数，因此针对测试点1考虑n次回弹补偿后的补偿值y1有：
其中，ya1为测试点1柔性测量的形变值，yb1为测试点1刚性测量的形变值，n为补偿次数，为了保证补偿的效率，n需大于等于3次，一般取3或4或5次，k＝0.09～0.11，为压机弹性变形补偿衰减系数，当k取下限值，当/>k取上限值，当/>k取0.1。
其余测试点2-6的补偿值计算方法相同，采用本发明方法获得的压机弹性变形补偿值，在模具调试阶段的首轮制件成形效果上，不仅能大幅提高模具设计阶段的型面补偿效率，而且压机变形补偿准确率可从现有的70％提升到95％以上。
Claims (5)
1.汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法，其特征在于，包括：
步骤1：获取产品型面的接触压力分布；
步骤2：按照产品型面的接触压力分布，向等效模具压机变形测量装置中的各测点施加相应的冲压载荷，并通过等效模具压机变形测量装置中的测试机构测试各测试点在冲压载荷下的等效形变值；其中，所述等效形变值包括柔性测量的形变值和刚性测量的形变值；
步骤3：根据柔性测量的形变值和刚性测量的形变值，计算各测试点的弹性变形补偿值；
柔性测量时，采用的等效模具压机变形测量装置包括：压机下工作台(10)、测量下模座(11)、氮气弹簧柱(12)、支撑柱(14)、压机上工作台(16)、测量杆(17)、位移传感器(18)、测量上模座(19)；其中，支撑柱(14)贯穿测量上模座(19)和测量下模座(11)上，其两端分别支撑在压机下工作台(10)和压机上工作台(16)上；氮气弹簧柱(12)的底部固定到测量下模座(11)上，氮气弹簧柱(12)的上部与测量上模座(19)接触；测量杆(17)固定在测量下模座(11)上，测量杆(17)的上端安装位移传感器(18)和压机上工作台(16)；测量上模座(19)安装在压机上工作台(16)上，测量下模座(11)安装在压机下工作台(10)上；
刚性测量时，采用的等效模具压机变形测量装置包括：压机下工作台(10)、测量下模座(11)、刚性柱(13)、支撑柱(14)、压机上工作台(16)、测量杆(17)、位移传感器(18)、测量上模座(19)；其中，支撑柱(14)贯穿测量上模座(19)和测量下模座(11)上，其两端分别支撑在压机下工作台(10)和压机上工作台(16)上；刚性柱(13)的底部固定到测量下模座(11)上，刚性柱(13)的上部与测量上模座(19)接触；测量杆(17)固定在测量下模座(11)上，测量杆(17)的上端安装位移传感器(18)和压机上工作台(16)；测量上模座(19)安装在压机上工作台(16)上，测量下模座(11)安装在压机下工作台(10)上。
2.如权利要求1所述的汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法，其特征在于，步骤1具体包括：
步骤11：将产品型面离散成多个分块型面区域；
步骤12：采用板料仿真软件对产品型面进行接触压力计算，获得型面各分块区域稳态下的离散压力数据；
步骤13：对获得的离散压力数据进行二维拟合和三维插值计算，并得到连续的产品型面三维接触压力分布图。
3.如权利要求1所述的汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法，其特征在于，对于任意一个测试点，步骤3计算测试点的弹性变形补偿值的公式如下：
其中，ya1为测试点柔性测量的形变值，yb1为测试点刚性测量的形变值，n为补偿次数，k＝0.09～0.11，为压机弹性变形补偿衰减系数，当k取下限值，当/>k取上限值，当/>k取0.1。
4.如权利要求3所述的汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法，其特征在于，n≥3。
5.如权利要求4所述的汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法，其特征在于，n为3或4或5。
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| CN113836663A (zh) | 2021-12-24 |
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