金属片成形模拟中的毛坯的初始配置制造技术

本发明专利技术公开了一种创建在金属片成形方法的计算机模拟中使用的毛坯金属片的有限元网格模型的初始配置的改进系统和方法。根据本发明专利技术的一个方面，在执行所述模拟的重力加载阶段之前，所述毛坯的有限元网格模型初始配置成不具备任何重量的平板。接着施加用户指定的初始缺陷到初始平板模型以使得可预见地出现期望的弯曲形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及在金属片成形方法的数字模拟中使用的方法和系统，更具体地说，涉及毛坯金属片的初始配置的数字模拟。
技术介绍
多年来，在工业生产中一直使用金属片成形来将毛坯金属片制造成金属零件，例如汽车制造厂和其供应商使用金属片成形来生产许多零件。最常使用的金属片成形方法称为拉延成形或冲压法。图I示出了示例的拉延冲压装配的截面图。制造零件或产品需要采用水力或机械压力将特定形状的模具100挤压到匹配的冲压 机130上，在模具100和冲压机130之间，设有毛坯金属片120或工件。该毛坯金属片120最初由捆缚装置(binder)108和/或冲压机130支撑。捆缚装置180有时称为捆缚环、环或者毛坯固定器，其置于由气体、油、橡胶或者弹簧107致动的模垫106顶部。由金属片成形方法制造的示例产品包括但不限于汽车引擎盖、挡泥板、门、汽车燃料水槽、厨房水槽、铝罐等等。在深拉延中，制造的零件或产品的深度通常大于其直径的一半。因此，由于零件或者产品的几何形状，拉伸毛坯使其在不同的位点变薄。该零件或产品仅在没有结构缺陷(如材料缺陷，例如破裂、撕裂、起皱、缩颈等)时是良好的。传统的，开发金属成形方法是一个冗长的测试和纠错过程，其需要创造和/或改变物理原型。该传统方法不光费用高昂而且耗时。随着有限元法和现代电脑系统的出现，传统的金属成形方法开发在很多方面已经由计算机模拟帮助取代。模拟能够显著缩短上市时间，例如大多数耗时的物理原型创建/修改已经由操作有限元网格模型(例如，在各个配置中的模具面的网格模型)取代。金属成形方法模拟分数个时期或阶段执行。图2是示例的金属成形模拟的不同阶段的流程图。该模拟始于称为“重力加载”的第一步骤202。在该第一步骤202中模拟毛坯在拉延成形之前由于自身重量导致的变形。该“重力加载”阶段202是虚拟模拟步骤，这是因为在现实世界中，毛坯金属片不需要该过程。重力自动作用在毛坯上。下一步骤称为“捆缚闭合”204，其中由捆缚装置将毛坯夹住(clamp down)。接着，在“模具冲压”步骤206中，挤压模具被推向匹配的冲压机，在挤压模具和冲压机之间设有毛胚。在挤压毛坯以后，下一步骤是“模具回缩”208和其他步骤(未图示)。该“模具回缩”步骤208允许受挤压的模具回弹。本专利技术涉及“重力加载”阶段202的模拟。在现有方法中，采用具有平面几何的有限元网格模型来对毛坯进行建模(也就是，该毛坯最初作为不具有任何重量的平板)。接着，基于毛坯材料的质量密度，通过对毛坯在其自身重量的情况下进行有限元分析，来模拟“重力加载”阶段。这样产生的或是重力加载的毛坯将依据设置的几何形状抵靠在捆缚装置的顶部和/或冲压机的顶部。对于后续的模拟，重力加载的毛坯的几何形状是起始配置。然而，毛坯的平面初始零重量几何形状有时会在重力加载的计算机模拟中产生问题。在现实世界中，较大件的平面金属片毛坯(例如汽车引擎盖、挡泥板或门的工件)可能以一个以上的弯曲形状(如下陷度或凸翘度)自然弯曲。任何这些弯曲形状都可能发生，除非通过模具制造者在模具试验阶段操作或通过冲压压力机中的吸盘操作，以在捆缚装置闭合和模具冲压之前获得理想的弯曲形状。因此，创建和配置了金属成形方法模拟应用模块以模拟该现象。因此，具有平面初始几何形状的毛坯在重力加载模拟中产生的不确定性会影响后续阶段的结果。因此，较为理想的是，提供一种改进的系统和方法用于指定和创建毛坯金属片的初始配置以确保在金属片成形过程的计算机模拟中获得更可靠的模拟结果。
技术实现思路
本专利技术公开了一种创建在金属片成形方法的计算机模拟中使用的毛坯金属片的有限元网格模型的初始配置的系统和方法。根据本专利技术的一个方面，在执行所述模拟的重力加载阶段之前，所述毛坯的有限元网格模型初始配置成不具备任何重量的平板。接着施加用户指定的初始缺陷到初始平板模型以使得可预见地出现期望的弯曲形状。·根据另一方面，所述初始缺陷通过基于用户指定的指示将平面几何形状转换到曲面几何形状(例如，具有曲度的平板)产生。该指示可包括但不限于，用于在执行模拟的“重力加载”阶段之前弯曲该初始有限元网格模型的平板配置的半径和中心。初始平板配置的弯曲可相对于所述初始平板几何形状施加到任何轴线。根据另一方面，该初始缺陷可具有数个形式，例如凹曲度(下陷度(sagging))或凸曲度(凸翘度)。本专利技术的目的是，确保金属板成形方法的计算机模拟更加可靠。附图说明参照下列描述、权利要求和附图可以更好地理解本专利技术的各个特征、方面和优点。图I是示例的深拉伸金属片成形装配的正视截面图；图2是示例的金属成形方法模拟的不同阶段的流程图；图3A-3B是分别示出了根据本专利技术的实施例的、创建表示包括用户指定的初始缺陷的毛坯金属片的数字模型的典型方案的示意图；图4A-4D是示出了根据本专利技术的实施例的、表示示例的毛坯金属片的数字模型的各种弯曲形状的示意图；图5A-5B是示出了根据本专利技术的实施例的、示例的毛坯金属片的凸翘和下陷形状的不意图；图6是示出了根据本专利技术的实施例的、在金属片成形方法模拟中创建具有初始缺陷的毛坯金属片的初始配置的方法的流程图；图7是示例的计算机的主要部件的功能框图，其中可执行本专利技术的实施例。具体实施例方式本专利技术公开了一种创建在金属片成形方法的计算机模拟中使用的毛坯金属片的有限元网格模型的初始配置的系统和方法。在执行所述模拟的重力加载阶段之前，所述毛坯的有限元网格模型初始配置成不具备任何重量的平板。接着施加用户指定的初始缺陷到初始平板模型以使得可预见地出现期望的弯曲形状。该初始缺陷可避免在计算机模拟过程中随意出现不同的弯曲形状。参照图3A，示出了根据本专利技术的实施例的、创建表示包括用户指定的初始缺陷的毛坯金属片320的数字模型330的典型方案的示意图。开始，示出的毛坯金属片320的横截面轮廓具有平面几何形状。换句话说，开始建立的有限元网格模型是平板以表示没有变形的毛坯。为了避免出现不可预测的多个等价类似的弯曲形状，引入用户指定的初始缺陷。根据一个实施例，缺陷是以增加曲度到平面几何形状的形式，如弯曲该平板毛胚模型。该用户指定指示包括指定半径322和矢量以表示弯曲321的轴线。半径322定义了从毛坯旋转的中心。弯曲321的轴线配置用于在规定的方向弯曲毛坯。在图3A中，轴线321指向纸内。毛坯320在位于离毛坯的一个半径322的中心围绕轴线321弯曲成下陷或凹陷形状。另外，也可包括其他特征，如最弯曲位置的坐标(例如，毛坯的重心)。 图3B示出了可通过将旋转中心置于毛坯320的另一侧获得的凸翘或凸起形状350。图4A-4D示出了围绕矩形平板的两根正交轴线的下陷或凸翘形状401-404。一个这些弯曲形状用于创建毛坯金属片的初始缺陷。图4A示出了围绕第一轴线(未示出轴线)的平板的下陷或凹陷形状401，而图4B示出了围绕同一轴线的平板的凸翘或凸起形状402。图4C和4D分别示出了围绕第二轴线(未示出，正交于第一轴线)的凸翘403或下陷 404。在现实世界的金属片成形中，毛坯加载到具有吸盘的拉延压力机上，有时这将造成初始缺陷。图5A示出了位于模具压力机(也就是，捆缚装置508和冲压机530)顶部的，具有凸翘或凸起形状550的毛坯的横截面轮廓，而图5B示出了下陷或凹陷形状560。现参照图6，示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种创建表示在金属片成形模拟中使用的毛坯的有限元网格模型的方法，其特征在于，所述方法包括：在其上安装有用于金属片成形方法模拟的应用模块的计算机系统中定义具有平面几何形状的毛坯的第一有限元网格模型；在所述计算机系统中接收用于创建所述毛坯的初始缺陷的一组指示；通过在所述计算机系统中应用所述一组指示将所述第一有限元网格模型转换成具有所述初始缺陷的第二有限元网格模型；以及使用所述第二有限元网格模型作为起始几何形状，通过执行所述金属片形成方法模拟的重力加载阶段获得所述毛坯的第三有限元网格模型，所述第三有限元网格模型用于述金属片形成方法模拟的下一阶段。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱新海，张力，
申请(专利权)人：利弗莫尔软件技术公司，
类型：发明
国别省市：