一种冲压工艺仿真模型建模方法及相关装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种冲压工艺仿真模型建模方法及相关装置，该方法将冲压件产品几何模型的产品边界延伸扩大，在产品边界以外创建产品延伸面，并创建凸模肩部圆角区特征线、模口线和拉延筋中心线并投影至产品延展面，形成凸模肩部圆角区投影线、模口投影线和拉延筋投影线，然后在凸模肩部圆角区投影线、模口投影线和拉延筋投影线上设置等效拉延阻力，在模口投影线以外的产品延展面的区域设置压边力，从而达到冲压工艺边界条件的合理简化，能够在不需要设计复杂的模具几何工艺型面条件下简单快捷地进行产品可成形性分析，有助于产品设计和工艺条件的优化，提高产品设计和工艺设计的工作效率。的工作效率。的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种冲压工艺仿真模型建模方法及相关装置


[0001]本专利技术涉及冲压成型仿真
，尤其涉及一种冲压工艺仿真模型建模方法及相关装置。

技术介绍

[0002]板料冲压成形利用模具对金属板料的冲压加工获得满足几何精度、机械性能以及表面质量要求的冲压件产品，是一种十分重要的金属塑性成形方法，已广泛应用于航空航天、汽车机车、电机电器、日用品制造等工业领域。板料成形仿真技术也随之日趋成熟，能够在产品设计和工艺设计阶段进行产品可成形性分析、工件板料形状预测以及工艺方案优化，从而有效缩短模具制作周期，降低企业成本投入，提高市场竞争力。
[0003]板料成形仿真的有限元算法分为“一步法”和“增量法”两种。其中，“一步法”能够基于零件的产品几何形状直接进行求解计算，不需要设计模具几何工艺型面，计算简单快捷，但是结果精度不高。“增量法”则恰恰相反，需要具体的工艺方案和模具几何工艺型面，只有在工艺信息齐备的情况下才能进行求解，计算虽然耗时但结果精度很高。因此“增量法”通常应用于工艺设计阶段的方案验证和优化。而在产品概念及初期设计阶段，由于工艺方案和模具几何工艺型面尚未明确甚至无从获得，“一步法”在早期的产品可成形性分析中则受到了相当的重视和广泛应用，并还在不断地完善。
[0004]“一步法”计算精度的缺失除了由于自身算法的简化之外，主要在于工艺信息的缺失导致了板料受力边界条件的输入过于粗糙。以拉延模为例，参见图2所示，模具几何工艺型面由内到外可依次分为产品型面区、产品面延伸区、凸模肩部圆角区、侧壁拔模区、模口圆角区和压料面区域。因此板料外部的施力源主要为凸模肩部圆角，模口圆角以及压料面(含拉延筋)。而“一步法”直接利用零件的产品几何形状进行求解计算，把产品边界作为施力部位，显然与实际情况相差甚远。“一步法”不仅在施力数值上无法通过人工经验或预测手段达到与实际情况的数值等效，而且施力方向垂直于施力边界的算法约定应用在产品边界上也未必适合。特别是把产品边界作为施力部位进行应力计算的作法，在一定程度上会违背圣维南(Saint—Venant)等效原理，对作用边界近处的应力区域会有显著的影响。如果作用边界近处存在高应力区域，“一步法”的计算结果可能会对分析者造成误导。再者，实际生产中不同的工件板料形状会产生不同的材料流入分布，继而造成产品成形性的差异。“一步法”如若只基于产品几何形状进行求解计算也无法预测出工件板料形状对产品成形性的影响。尽管“一步法”在计算精度上存在上述不足，但其计算简单快捷的优点却不容小觑。目前产品概念及初期设计阶段的产品可成形性分析需要一种板料成形的快速仿真方法，既不需要设计复杂的模具几何工艺型面，充分发挥“一步法”简单快捷的优点，又能够结合冲压工艺合理简化边界条件，保证计算结果精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种冲压工艺仿真模型建模方法及相关装置，通过在产品边
界以外创建的产品延伸面上施加等效拉延阻力和压边力达到冲压工艺边界条件的合理简化，能够在不需要设计复杂的模具几何工艺型面条件下简单快捷地进行产品可成形性分析，有助于产品设计和工艺条件的优化，提高产品设计和工艺设计的工作效率。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种冲压工艺仿真模型建模方法，包括：
[0007]S1、获取冲压件产品几何模型；
[0008]S2、对所述冲压件产品几何模型进行有限元网格划分，并确定冲压方向；
[0009]S3、对所述冲压件产品几何模型的产品型面进行填孔和边界光顺处理；
[0010]S4、将所述冲压件产品几何模型的产品边界延伸扩大，在所述产品边界以外创建产品延伸面；
[0011]S5、创建凸模肩部圆角区特征线、模口线和拉延筋中心线并投影至所述产品延展面，形成凸模肩部圆角区投影线、模口投影线和拉延筋投影线；
[0012]S6、将所述产品延展面的外轮廓裁剪为预设的工件板料形状；
[0013]S7、在所述凸模肩部圆角区投影线、所述模口投影线和所述拉延筋投影线上设置等效拉延阻力，在所述模口投影线以外的所述产品延展面的区域设置压边力；
[0014]S8、根据步骤S1至步骤S7处理后的所述冲压件产品几何模型，进行产品可成形性分析。
[0015]结合第一方面，在本申请实施例的一种实现方式中，所述步骤S7具体包括：
[0016]S701、通过等效拉延阻力计算公式计算得到所述等效拉延阻力，所述等效拉延阻力计算公式为：
[0017][0018]其中，μ为摩擦系数；为板料在凸模肩部圆角区域和拉伸筋区域的弯曲角,i＝1,2；F
i
为板料流经弯曲点时的弯曲反弯曲力，i＝1,
…
,12；F
e
拉伸过程中拉伸筋作用下板料弹性变形产生的弹性变形力；
[0019]S702、将计算得到的所述拉延阻力沿板料流动方向分配到所述产品延展面的网格单元上；
[0020]S703、将所述凸模肩部圆角区投影线对应的所述网格单元所分配到的所述等效拉延阻力累加，得到所述凸模肩部圆角区投影线对应的第一阻力；
[0021]S704、将所述模口投影线对应的所述网格单元所分配到的所述等效拉延阻力累加，得到所述模口投影线对应的第二阻力；
[0022]S705、将所述拉延筋投影线对应的所述网格单元所分配到的所述等效拉延阻力累加，得到所述拉延筋投影线对应的第三阻力。
[0023]结合第一方面，在本申请实施例的一种实现方式中，所述步骤S701还包括：
[0024]通过第一弯曲角计算公式组计算板料在凸模肩部圆角区域的弯曲角所述第一弯曲角计算公式组为：
[0025][0026][0027][0028]其中，h1为凸模肩部圆角区域的高度，R
12
和R
34
为凸模肩部圆角区域的圆角半径，t为板料厚度。
[0029]结合第一方面，在本申请实施例的一种实现方式中，所述步骤S701还包括：
[0030]通过第二弯曲角计算公式组计算板料在拉伸筋区域的弯曲角所述第二弯曲角计算公式组为：
[0031][0032][0033][0034]其中，h2为拉伸筋区域的深度，R
12
和R
34
为拉伸筋区域的圆角半径，t为板料厚度。
[0035]结合第一方面，在本申请实施例的一种实现方式中，所述步骤S7还包括：
[0036]S706、通过压边力计算公式计算所述压边力F
y
，所述压边力计算公式为：
[0037]F
y
＝[T]T
∫
A
[N]T
{f}dA；
[0038]其中，[T]为坐标转换矩阵；[N]为单元形函数矩阵；A是面积变量，f为单位面积下的切向摩擦力。
[0039]结合第一方面，在本申请实施例的一种实现方式中，所述步骤S706还包括：
[0040]通过切向摩擦力计算公式计算单位面积下的切向摩擦力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲压工艺仿真模型建模方法，其特征在于，包括：S1、获取冲压件产品几何模型；S2、对所述冲压件产品几何模型进行有限元网格划分，并确定冲压方向；S3、对所述冲压件产品几何模型的产品型面进行填孔和边界光顺处理；S4、将所述冲压件产品几何模型的产品边界延伸扩大，在所述产品边界以外创建产品延伸面；S5、创建凸模肩部圆角区特征线、模口线和拉延筋中心线并投影至所述产品延展面，形成凸模肩部圆角区投影线、模口投影线和拉延筋投影线；S6、将所述产品延展面的外轮廓裁剪为预设的工件板料形状；S7、在所述凸模肩部圆角区投影线、所述模口投影线和所述拉延筋投影线上设置等效拉延阻力，在所述模口投影线以外的所述产品延展面的区域设置压边力；S8、根据步骤S1至步骤S7处理后的所述冲压件产品几何模型，进行产品可成形性分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括：S701、通过等效拉延阻力计算公式计算得到所述等效拉延阻力，所述等效拉延阻力计算公式为：其中，μ为摩擦系数；为板料在凸模肩部圆角区域和拉伸筋区域的弯曲角,i＝1,2；F
i
为板料流经弯曲点时的弯曲反弯曲力，i＝1,
…
,12；F
e
拉伸过程中拉伸筋作用下板料弹性变形产生的弹性变形力；S702、将计算得到的所述拉延阻力沿板料流动方向分配到所述产品延展面的网格单元上；S703、将所述凸模肩部圆角区投影线对应的所述网格单元所分配到的所述等效拉延阻力累加，得到所述凸模肩部圆角区投影线对应的第一阻力；S704、将所述模口投影线对应的所述网格单元所分配到的所述等效拉延阻力累加，得到所述模口投影线对应的第二阻力；S705、将所述拉延筋投影线对应的所述网格单元所分配到的所述等效拉延阻力累加，得到所述拉延筋投影线对应的第三阻力。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S701还包括：通过第一弯曲角计算公式组计算板料在凸模肩部圆角区域的弯曲角所述第一弯曲角计算公式组为：角计算公式组为：角计算公式组为：
其中，h1为凸模肩部圆角区域的高度，R
12
和R
34
为凸模肩部圆角区域的圆角半径，t为板料厚度。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S701还包括：通过第二弯曲角计算公式组计算板料在拉伸筋区域的弯曲角所述第二弯曲角计算公式组为：公式组为：公式组为：其中，h2为拉伸筋区域的深度，R
12
和R
34
为拉伸筋区域的圆角半径，t为板料厚度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S7还包括：S706、通过压边力计算公式计算所述压边力F
y
，所述压边力计算公式为：F
y

【专利技术属性】
技术研发人员：唐正维，吴锦，肖煜中，周勇军，丁伟，张春捷，黄晓忠，
申请(专利权)人：广州知元科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：