CN113901599A - 一种基于特征的微零件成型模拟方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种基于特征的微零件成型模拟方法及系统，涉及微零件加工设计领域，包括以下步骤：依据目标微零件建模并识别每个结构的特征，结合每一特征的加工方式，得到所有可行的加工顺序方案；依据所选择的加工顺序方案进行加工模拟，依次形成各个特征模拟结果，记录出现缺陷的加工步骤；依次进行所有加工顺序方案的加工模拟，筛选未出现缺陷加工步骤的加工顺序方案。依次对加工顺序方案进行加工模拟，筛除出现缺陷加工步骤的加工顺序方案，保留未出现缺陷的加工顺序方案，辅助进行实际成型方案的设计，减少微零件加工过程中的流动缺陷。
Description
技术领域
本公开涉及微零件加工设计领域，具体涉及一种基于特征的微零件成型模拟方法及系统。
背景技术
在微零件成型过程中，为了兼顾加工效率和精度的需求，多利用模具来进行冲压加工。
根据目标微零件的形态配置相应的模具，分布成型各个特征，最终输出满足需求的微零件。在加工过程中，坯料在模具约束下发生塑性形变，但部分特征在加工时会导致坯料发生不合理流动，产生褶皱等缺陷，微零件特征尺寸较小，微零件缺陷不易被发现，但往往会突然失效导致机器停运。分步冲压加工相较于一次性冲压成型方式能够减轻坯料缺陷的产生，但仍存在加工缺陷的情况，并且不同特征的加工顺序对缺陷的产生有直接影响；目前对于微零件的特征成型过程往往通过坯料实验的方式来进行，但不同的特征成型过程不仅要调节加工模具的动作顺序，还需要对模具进行重新设计，导致微零件的缺陷控制难以实现。
发明内容
本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于特征的微零件成型模拟方法、系统、计算机可读存储介质及电子设备，通过建模后对特征加工步骤进行排序，依次对加工顺序方案进行加工模拟，筛除出现缺陷加工步骤的加工顺序方案，保留未出现缺陷的加工顺序方案，辅助进行实际成型方案的设计，减少微零件加工过程中的流动缺陷。
本公开的第一目的是提供一种基于特征的微零件成型模拟方法，包括以下步骤：
依据目标微零件建模并识别每个结构的特征，结合每一特征的加工方式，得到所有可行的加工顺序方案；
依据所选择的加工顺序方案进行加工模拟，依次形成各个特征模拟结果，记录出现缺陷的加工步骤；
依次进行所有加工顺序方案的加工模拟，筛选未出现缺陷加工步骤的加工顺序方案。
进一步地，所述微零件上设有法兰结构和内孔结构，法兰结构和内孔结构均作为结构特征。
进一步地，获取微零件模型的所有特征后，基于不同特征的加工顺序，得到多种加工顺序方案；
基于坯料模型结合加工顺序方案进行有限元模拟，依次生成各个特征。
进一步地，所述缺陷为加工模拟过程中因流动引起的缺陷。
进一步地，记录出现缺陷的加工步骤后，确定引起缺陷的特征，调整该特征加工方式在加工顺序方案内的次序，获取可行的加工顺序方案。
进一步地，确定出现缺陷的加工步骤后，筛除其他与该缺陷出现时加工顺序相同的方案。
进一步地，以无缺陷为目的依次进行加工顺序方案的加工模拟，筛选经过模拟加工后无缺陷的加工顺序方案；
筛选除满足需求的加工顺序方案后，更换模型参数进行验证，获取优选的加工顺序方案作为微零件实际成型方案。
本公开的第二目的是提供一种基于特征的微零件成型模拟系统，采用以下技术方案：包括：
方案生成模块，被配置为：依据目标微零件建模并识别每个结构的特征，结合每一特征的加工方式，得到所有可行的加工顺序方案；
模拟加工模块，被配置为：依据所选择的加工顺序方案进行加工模拟，依次形成各个特征模拟结果，记录出现缺陷的加工步骤；
方案筛选模块，被配置为：依次进行所有加工顺序方案的加工模拟，筛选未出现缺陷加工步骤的加工顺序方案。
本公开的第三目的是提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的基于特征的微零件成型模拟方法中的步骤。
本公开的第四目的是提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的基于特征的微零件成型模拟方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
(1)通过建模后对特征加工步骤进行排序，依次对加工顺序方案进行加工模拟，筛除出现缺陷加工步骤的加工顺序方案，保留未出现缺陷的加工顺序方案，辅助进行实际成型方案的设计，减少微零件加工过程中的流动缺陷。
(2)微零件由不同的几何特征组成，成型过程是依次或同时形成零件几何特征的过程，通过有限元仿真确定零件中不同特征的最佳成型顺序，从而避免缺陷的产生，在设计的早期阶段更改设计，从而降低在设计的后期和制造阶段更改的成本。
(3)从产品质量的角度来看，通过成型模拟在设计阶段预测产品缺陷，以确保“首次正确设计”并减少制造过程中的反复试验，有助于降低产品开发成本，提高产品质量并缩短产品设计开发的时间。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1、2中第一种加工顺序方案的示意图；
图2为本公开实施例1、2中第二种加工顺序方案的示意图；
图3为本公开实施例1、2中第三种加工顺序方案的示意图。
具体实施方式
实施例1
本公开的一个典型实施例中，如图1-图3所示，给出一种基于特征的微零件成型模拟方法。
传统的基于专有技术的设计范例很难在前期设计阶段预测和揭示材料的流动模式，导致在进行微零件加工流程设计时只能通过实际加工的方式来实现。针对上述问题，本实施例中基于零件特征通过有限元仿真，可确定最合理的成形顺序，以避免法兰类微零件中因流动引起的缺陷。
成形顺序的细微变化可以完全改变物料的流型，从而避免因金属的不规则流动而产生的缺陷；从几何角度看，任何金属成型零件都由不同的几何特征组成。金属成型过程实际上是依次或同时形成零件几何特征的过程，因此本实施例中通过有限元仿真确定零件中不同特征的最佳成型顺序，从而避免缺陷的产生。
通过以下步骤来实现：
1.首先识别法兰类微零件中的所有特征，按照不同特征成型的先后，确定所有可能的成型顺序。
2.选择成型顺序一，将CAD模型导入CAE软件中进行有限元模拟，依据成型顺序一中的次序，依次形成各个特征。
3.如成型顺序一的有限元仿真中出现因流动引起的缺陷，确定引起缺陷的特征，再按照成型二顺序进行仿真模拟，观察成型结果。
4.以无成型缺陷为目的重复步骤3的操作，尝试所有可能的成型顺序，并最终确定出生产法兰类零件的最佳成型顺序。
具体的，结合图1-图3，基于特征的微零件成型模拟方法，包括以下步骤：
依据目标微零件建模并识别每个结构的特征，结合每一特征的加工方式，得到所有可行的加工顺序方案；
依据所选择的加工顺序方案进行加工模拟，依次形成各个特征模拟结果，记录出现缺陷的加工步骤；
依次进行所有加工顺序方案的加工模拟，筛选未出现缺陷加工步骤的加工顺序方案，作为微零件实际成型方案。
结合附图对各个步骤的详细过程进行描述：
微零件上设有法兰结构、内孔结构，法兰结构、内孔结构在冲压成型时容易产生缺陷。
在获取微零件模型的所有特征后，基于不同特征的加工顺序，得到多种加工顺序方案；基于坯料模型结合加工顺序方案进行有限元模拟，依次生成各个特征。
为了提高加工顺序方案的设计，可以先对部分加工顺序方案进行加工模拟试验，在试验过程中通过调整步骤来给出其他的加工顺序方案。
具体的，记录出现缺陷的加工步骤后，确定引起缺陷的特征，调整该特征加工方式在加工顺序方案内的次序，获取可行的加工顺序方案。
为了减少模拟加工次数和计算量，确定出现缺陷的加工步骤后，筛除其他与该缺陷出现时加工顺序相同的方案。
若在第三个特征加工后坯料出现了缺陷，则对前三个特征、特征加工顺序相同的其他加工顺序方案进行筛除，避免重复进行模拟加工试验。
以无缺陷为目的依次进行加工顺序方案的加工模拟，筛选经过模拟加工后无缺陷的加工顺序方案；筛选除满足需求的加工顺序方案后，更换模型参数进行验证。进一步验证加工顺序方案的理论可行性。
从产品质量的角度来看，通过成型模拟在设计阶段预测产品缺陷，以确保“首次正确设计”并减少制造过程中的反复试验，有助于降低产品开发成本，提高产品质量并缩短产品设计开发的时间。
在本实施例中，如图1-3所示，以某法兰微零件为例，进行基于特征的微零件成型模拟方法的详细描述。
图示的零件含有三个特征，法兰、圆形外轮廓、圆形内孔，因此根据零件特征确定三个成型顺序方案：
第一种：如图1所示，先形成圆形外轮廓特征，再形成内孔和凸缘特征。
在加工零件凸缘部分后出现褶皱缺陷。
第二种：如图2所示，先形成圆形内孔，再形成外轮廓和凸缘特征。
在加工凸缘部分后，凸缘上存在缺陷。
第三种：如图3所示，先形成凸缘特征，然后再形成圆形外轮廓和圆形内孔特征。
加工成型后的微零件无明显缺陷。
依据上述微零件成型模拟方法得到优选的成型顺序为：先形成凸缘特征，然后再形成圆形外轮廓和圆形内孔特征。
实施例2
本公开的另一个实施例中，如图1-图3所示，给出一种基于特征的微零件成型模拟系统。
包括：
方案生成模块，被配置为：依据目标微零件建模并识别每个结构的特征，结合每一特征的加工方式，得到所有可行的加工顺序方案；
模拟加工模块，被配置为：依据所选择的加工顺序方案进行加工模拟，依次形成各个特征模拟结果，记录出现缺陷的加工步骤；
方案筛选模块，被配置为：依次进行所有加工顺序方案的加工模拟，筛选未出现缺陷加工步骤的加工顺序方案，作为微零件实际成型方案。
可以理解的是，所述基于特征的微零件成型模拟系统的工作方法与实施例1提供的基于特征的微零件成型模拟方法相同，可以参见上述实施例1中的详细描述，这里不再赘述。
实施例3
本公开的再一个实施例中，给出一种计算机可读存储介质。
其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如实施例1中所述的基于特征的微零件成型模拟方法中的步骤。
具体步骤的执行内容与实施例1中提供的基于特征的微零件成型模拟方法相同，可以参见上述实施例1中的详细描述，这里不再赘述。
实施例4
本公开的又一实施例中，给出一种电子设备。
其包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的基于特征的微零件成型模拟方法中的步骤。
具体步骤的执行内容与实施例1中提供的基于特征的微零件成型模拟方法相同，可以参见上述实施例1中的详细描述，这里不再赘述。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于特征的微零件成型模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
依据目标微零件建模并识别每个结构的特征，结合每一特征的加工方式，得到所有可行的加工顺序方案；
依据所选择的加工顺序方案进行加工模拟，依次形成各个特征模拟结果，记录出现缺陷的加工步骤；
依次进行所有加工顺序方案的加工模拟，筛选未出现缺陷加工步骤的加工顺序方案。
2.如权利要求1所述的基于特征的微零件成型模拟方法，其特征在于，所述微零件上设有法兰结构和内孔结构，法兰结构和内孔结构均作为结构特征。
3.如权利要求1所述的基于特征的微零件成型模拟方法，其特征在于，获取微零件模型的所有特征后，基于不同特征的加工顺序，得到多种加工顺序方案；
基于坯料模型结合加工顺序方案进行有限元模拟，依次生成各个特征。
4.如权利要求1所述的基于特征的微零件成型模拟方法，其特征在于，所述缺陷为加工模拟过程中因流动引起的缺陷。
5.如权利要求1所述的基于特征的微零件成型模拟方法，其特征在于，记录出现缺陷的加工步骤后，确定引起缺陷的特征，调整该特征加工方式在加工顺序方案内的次序，获取可行的加工顺序方案。
6.如权利要求1所述的基于特征的微零件成型模拟方法，其特征在于，确定出现缺陷的加工步骤后，筛除其他与该缺陷出现时加工顺序相同的方案。
7.如权利要求1所述的基于特征的微零件成型模拟方法，其特征在于，以无缺陷为目的依次进行加工顺序方案的加工模拟，筛选经过模拟加工后无缺陷的加工顺序方案；
筛选除满足需求的加工顺序方案后，更换模型参数进行验证，获取优选的加工顺序方案作为微零件实际成型方案。
8.一种基于特征的微零件成型模拟系统，其特征在于，包括：
方案生成模块，被配置为：依据目标微零件建模并识别每个结构的特征，结合每一特征的加工方式，得到所有可行的加工顺序方案；
模拟加工模块，被配置为：依据所选择的加工顺序方案进行加工模拟，依次形成各个特征模拟结果，记录出现缺陷的加工步骤；
方案筛选模块，被配置为：依次进行所有加工顺序方案的加工模拟，筛选未出现缺陷加工步骤的加工顺序方案。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于特征的微零件成型模拟方法中的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的基于特征的微零件成型模拟方法中的步骤。
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