一种利用回弹补偿的冲压件回弹控制方法

技术领域

本发明涉及一种利用回弹补偿的冲压件回弹控制方法。

背景技术

起皱、拉裂和回弹是汽车覆盖件冲压成形过程中最为常见的三种缺陷，其中回弹是最常见也是最难解决的缺陷。由于冲压件在成形过程中存在弹性变形，因此卸载后会出现弹性变形的恢复，即回弹变形。回弹现象直接影响到冲压件的形状和尺寸精度。同时，在后续的装配工序中，由于相邻零件的形状和尺寸不一致，给装配带来困难，影响装配效率，并可能造成过大的装配残余应力，从而影响产品的可靠性。随着高强度钢板和铝合金板材的大量应用，回弹现象更加明显，回弹问题在汽车覆盖件生产中更加重要。

针对这一缺陷，通常有工艺控制法和回弹补偿法两种回弹控制方法。其中工艺控制法是通过增大压边力或模具温度等方法减小弹性变形区域，以达到减小回弹的目的。工艺控制法存在一些缺陷，如增大破裂的可能性、成本增加、无法完全消除回弹等。为了更好的控制回弹，研究人员提出了回弹补偿法。回弹补偿法是通过预先对模具型面进行补偿修正，使零件在回弹后刚好和设计产品一致。该方法通过多次迭代补偿回弹得到满足要求的模具型面。因为每次迭代过程中零件各处的回弹量各不相同，因此需要借助CAE仿真计算。经过3-4次迭代补偿计算，回弹即能够得到有效的控制。

在回弹的多次迭代计算过程中，下一次迭代计算所需的工具(凹模、凸模和压边圈)网格大都是使用补偿后的零件网格替代而成。然而一般零件网格在划分时采用等大小单元的方法进行划分，与模具网格的网格划分方法不同，即使采用网格预先加密的方法，相比模具网格，零件网格成形后在一些曲率半径较小的区域也可能会出现特征模糊甚至缺失的现象，降低数值模拟仿真精度。

另外，对于大型的汽车覆盖件，修边是不可避免的一道工序，冲压仿真过程中修边工序都是安排在最终的回弹预测模拟之前。只有修边后的零件部分参与了回弹预测的计算，并不包含被修剪掉的工艺补充部分，也就是说工艺补充部分无法根据回弹量进行补偿。而模具网格的补偿包含零件部分的补偿和工艺补充部分的补偿，这就需要手工重新构建模具网格的工艺补充部分，花费了大量时间，降低了迭代计算效率。

发明内容

鉴于在回弹补偿迭代计算过程中遇到的问题，本发明提出一种新的模具网格的获得方法。该方法基于有限元技术，将工艺补充网格分别拼接到切边零件网格和补偿零件网格，并通过仿真过程中坯料网格与模具网格之间的联系，采用节点映射法和形函数插值法，直接对模具网格的节点进行补偿，从而获得补偿的模具网格。补偿的模具网格包含零件部分和工艺补充部分，且网格拓扑结构也与初始模具网格相同，保证了迭代过程中模具网格的精度。模具网格的构建过程运用C++语言编程实现，不需要手工构建工艺补充部分，节省了迭代计算时间。

为了解决回弹补偿迭代计算过程中获得补偿模具存在的问题，本发明提出的补偿模具网格的获得方法采用以下技术方案，该方案包含以下步骤：

步骤一：抽取模具的型面和板料中性层，并分别划分网格；

步骤二：利用数值模拟仿真方法进行成形、切边、回弹的仿真计算，其中成形仿真得到成形板料网格，切边仿真得到成形零件网格和工艺补充网格U_a，回弹仿真得到回弹零件网格；

步骤三：通过分析回弹仿真结果得到零件节点在回弹过程中产生的几何偏移向量，然后对零件节点施加一个方向相反的几何向量得到补偿的零件节点，将这些节点坐标替换回弹仿真结果的节点坐标得到补偿零件网格；

步骤四：切边工序后零件网格与工艺补充网格沿修边线的节点编号相同，据此调整工艺补充网格的节点坐标，将工艺补充网格U_a分别拼接到切边后的零件网格和补偿后的零件网格，获得切边拼接网格和补偿拼接网格

步骤五：对于能够映射到切边拼接网格内的模具网格节点，映射到切边拼接网格内，获得模具节点的映射点及其相对网格的位置，并运用形函数插值法在补偿拼接网格上重新生成模具节点的映射点，反向映射相同的映射向量，得到补偿模具网格节点，并获得模具节点的补偿向量；对于无法映射到切边拼接网格内的模具网格节点,其节点的补偿向量等于与之距离最近且已经获得补偿的模具节点的补偿向量。将模具网格节点替换为补偿的模具网格节点，得到补偿的模具网格。

步骤六：利用补偿的模具网格重复步骤二，直到所得最终零件的误差在误差限内。

其中，在步骤二中，切边仿真过程中不细化分零件网格，回弹仿真过程中不粗化零件网格。因此得到的切边零件网格与回弹零件网格的拓扑结构是相同的。

进一步的，在步骤三中，通过控制零件节点坐标，对切边后的零件网格的节点进行补偿，获得补偿后的零件网格。切边网格与补偿网格的拓扑结构相同。

进一步的，在步骤五中，模具网格的节点映射方法为首先为模具网格节点搜寻距离最近的切边拼接网格的单元，然后向单元做垂直映射，得到单元内映射点，并计算得到映射的向量。

本发明通过补偿模具网格的节点实现模具网格的补偿，从而保证了回弹迭代补偿计算中模具网格的精度，提高了迭代计算精度，并且相对于通过手工建立工艺补充，本发明通过调整工艺补充网格的节点坐标实现工艺补充网格的补偿，提高了迭代效率。

附图说明

图1为节点反向映射方法的示意图

图2为工艺补充补偿拼接的示意图

图3为模具网格补偿的示意图

具体实施措施

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，采用节点反向映射的补偿办法，零件网格得到补偿，且零件网格的拓扑结构不发生变化。

如图2所示，工艺补充部分在补偿过程中其相对位置变化不大，通过调整工艺补充网格节点的位置，将工艺补充网格拼接到补偿零件网格，形成补偿的拼接网格。

如图3所示，对于能够映射到切边拼接网格内的模具网格节点向切边拼接网格映射后，依靠切边拼接网格和补偿拼接网格的补偿关系，可以在补偿拼接网格上生成新的映射节点，反向映射相同向量后就得到补偿模具网格的节点进而获得补偿模具网格。

具体实施方式采用以下步骤：

步骤一：抽取模具的型面和板料中性层，并分别划分网格；

步骤二：利用数值模拟仿真方法进行成形、切边、回弹的仿真计算，其中成形仿真得到成形板料网格，切边仿真得到成形零件网格和工艺补充网格U_a，回弹仿真得到回弹零件网格；

步骤三：通过分析回弹仿真结果得到零件节点在回弹过程中产生的几何偏移向量，然后对零件节点施加一个方向相反的几何向量得到补偿的零件节点，将这些节点坐标替换回弹仿真结果的节点坐标得到补偿零件网格；

步骤四：切边工序后零件网格与工艺补充网格沿修边线的节点编号相同，据此调整工艺补充网格的节点坐标，将工艺补充网格U_a分别拼接到切边后的零件网格和补偿后的零件网格，获得切边拼接网格和补偿拼接网格

步骤五：对于能够映射到切边拼接网格内的模具网格节点，映射到切边拼接网格内，获得模具节点的映射点及其相对网格的位置，并运用形函数插值法在补偿拼接网格上重新生成模具节点的映射点，反向映射相同的映射向量，得到补偿模具网格节点，并获得模具节点的补偿向量；对于无法映射到切边拼接网格内的模具网格节点,其节点的补偿向量等于与之距离最近且已经获得补偿的模具节点的补偿向量。将模具网格节点替换为补偿的模具网格节点，得到补偿的模具网格。

步骤六：利用补偿的模具网格重复步骤二，直到所得最终零件的误差在误差限内。

以上所举实例仅为本发明的优选实例，凡是依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。