在金属片部件的深冲压加工中的修边线确定制造技术

本发明专利技术公开了确定金属片部件的深冲压加工中使用的修边线的方法和系统。定义了金属片部件的计算机模型和工艺补充面几何形状。识别计算机模型中的至少一个凸缘部分。通过应用第一组数值载荷到每一对相邻的有限元，朝着该工艺补充面的执行所述凸缘部分的伸展的数值模拟。第一组数值载荷配置成使用挠矩平整所述有限元对，所述挠矩是使用所述有限元对的相对方位和所述金属片部件的材料特性确定的。将第二组数值载荷用于封闭伸展凸缘和工艺补充面之间的任何剩余缝隙。将凸缘部分在其最后的伸展配置中的外边缘作为修边线。

【技术实现步骤摘要】
确定金属片部件的深冲压加工中的修边线的方法和系统
本专利技术总的涉及金属片成形，更具体地说，涉及通过执行金属片部件的计算机模型(例如有限元分析(FEA)模型)的伸展凸缘(unfoldingflange)的数值模拟、确定金属片部件的深冲压加工中的修边线。
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部件，例如汽车制造厂和其供应商使用金属片成形来生产许多部件。一种最常用的金属片成形工艺是深冲压，其采用水力或机械压力将特定形状的冲压机挤压到匹配的模具上，在模具和冲压机之间，设有毛坯金属片。由该方法制造的示例产品包括但不限于汽车引擎盖、挡泥板、门、汽车燃料槽、厨房水槽、铝罐等等。在模具的某些区域，部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置变薄。该部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。为了生产没有这些缺陷的部件，设计产品设计区域和压料面区域(binderregion)之间的工艺补充面部分至关重要。图1是金属片成形的拉伸模具的示例设置的截面的正视图。图1中示出，金属片毛胚或毛坯120(也就是，在成形之前的未成形的金属片板材)靠在位于上模具腔110和冲压机130之间的毛坯支撑器108上。当模具沿拉伸轴线(示出为箭头140)方向下压到冲压机130上时，毛坯110形成金属片部件。模具110具有产品设计部分102、压料面部分106a-b和工艺补充面部分104a-b。工艺补充面部分104a-b和设计面部分102之间的边界称为修边线103a-b，而工艺补充面部分104a-b和压料面部分106a-b之间的直接相交线(directintersection)称为理论冲压分模线(openingline)105a-b。修边线大部分是闭合的，且在金属片部件中，可有一条以上的闭合修边线。可具有上百条闭合修边线以形成复杂的金属片部件。产品表面包含在成形过程最后的金属片部件的期望图样(pattern)/形状，在成形过程之后即是修边操作。压料面部分用于在成形过程中支撑毛坯。工艺补充面部分在产品设计面部分和压料面部分之间提供缓冲或过渡区。在毛坯经冲压成形以后，沿着闭合修边线剪切出金属片部件。良好或恰当设计的修边线允许制造者直接或更快地将毛坯转换成其最终形状，因此显著降低金属片部件的制造费用。确定修边线的现有技术方法主要取决于人的经验或是至多取决于基于反复试验的特殊程序。因此，期望开发出使用计算机模拟确定金属片部件的修边线的方法。
技术实现思路
本专利技术涉及使用计算机模型的伸展凸缘的数值模拟在金属片部件的制造过程中确定金属片部件的修边线的改进系统和方法。该计算机模型适用于使用计算机辅助工程分析(例如，有限元分析(FEA))的深冲压(deepdraw)金属片冲压过程(stampingprocess)的数值模拟。根据本专利技术的一个典型实施例，在其上安装有FEA应用模块的计算机系统中定义和接收金属片部件的计算机模型。在该计算机系统中还接收与模具面的产品表面相邻的工艺补充面的三维几何形状。识别计算机模型中的至少一个凸缘部。通过应用第一组数值载荷到凸缘部中朝着该工艺补充面的的每个相邻有限元对，执行所述凸缘部的伸展的数值模拟。第一组数值载荷配置成使用挠矩平整所述有限元对，所述挠矩是使用所述有限元对的相对方位和所述金属片部件的材料特性确定的。在应用所述第一组数值载荷之后，第二组数值载荷用于封闭伸展凸缘和工艺补充面之间的任何剩余缝隙。理论修边线是布置在工艺补充面上、描述凸缘部分在其最后的伸展形状中的外边缘的三维闭合曲线。通过结合附图详阅接下来对实施例的详细描述，本专利技术的其它目标、特征和优点将是显而易见的。附图说明参照下列描述、附加的权利要求和附图可以更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点。图1是用于金属片部件的深冲压加工的拉伸模具的示例装配的截面的正视图；图2是根据本专利技术实施例的、金属片部件的深冲压加工中使用的确定修边线的典型步骤的流程图；图3A-3B是根据本专利技术一个实施例的、在伸展凸缘的数值模拟前后、具有金属片部件的深冲压加工模具的截面轮廓示意图；图4是根据本专利技术实施例的、邻近模具面的产品表面的典型工艺补充面部分的透视图；图5是根据本专利技术实施例的、在凸缘伸展模拟中确定第一组数值载荷(挠矩)的典型几何关系示意图；图6是根据本专利技术实施例的、在应用第一组数值载荷之后、应用第二组数值载荷到所述伸展凸缘以封闭缝隙的示意图；图7是根据本专利技术另一实施例的、具有金属片部件的深冲压加工模具的另一示范截面轮廓示意图，其中凸缘位于金属片部件的内侧；图8是示例的计算机的主要部件的功能框图，可在其中执行本专利技术的实施例。具体实施方式本专利技术涉及创建表示工艺补充面部分的计算机化数字模型的改进方法。该计算机化数字模型适合使用计算机辅助工程分析(例如有限元分析)的金属片成形过程的计算机模拟。参照图2，示出了金属片部件的深冲压加工中使用的确定修边线的典型步骤200。该典型步骤200可在软件中执行，并优选参照其他附图，例如图3-8。方法200始于步骤202，在计算机系统中定义和接收金属片部件的最终或任何中间加工外形的计算机模型、以及工艺补充面三维几何形状。下一步，在步骤S204中，识别计算机模型的至少一个凸缘部分。所述凸缘部分表示金属片部件的各个凸缘。在金属片部件中，可以有一个以上的凸缘，例如一个沿着外周，另一个沿着内分模线(inneropening)。一个典型的计算机模型是有限元分析(FEA)模型，其包含大量有限元。表示金属片部件的典型有限元是三维壳体有限元。图3A中示出了具有最后或完成外形的金属片部件300a(粗黑线示出)的典型深冲压加工设置的部分剖面图。示出的工艺补充面304在产品表面延伸位置303环绕产品表面。凸缘310从该产品表面延伸位置303开始，直至所述完成的金属片部件300a的外周。图3A中还示出了压料面308、理论冲压分模线305和筋肋中心线(beadcenterline)306。在步骤206，方法200通过将第一组数值载荷应用到识别的凸缘部分的每对邻近有限元，对伸展金属片部件的一个或多个凸缘进行数值模拟(即使用FEA的计算机模拟)。所述第一组数值载荷配置成使用挠矩朝着各个工艺补充面平整每个有限元对。所述挠矩是使用所述有限元对的相对方位和所述金属片部件的材料特性(例如，金属片的厚度、弹性模量和应变硬化特性)确定的。图3B示出了作为图3A中示出的配置的伸展模拟结果的轮廓图。示出的金属片部件300b的伸展凸缘320与工艺补充面304一致。外周或边缘330是根据本专利技术的一个实施例预测或确定的修边线。图4中示出的透视图证明了典型的工艺补充面404的一部分、位于产品表面402的延伸切线424(工艺补充面的一部分)上的产品表面402和修边线430之间的关系。图5示出了在确定用于平整邻近有限元对502-504的第一组数值载荷(即挠矩)中使用的典型几何形状关系的示意图。创建包含所述有限元对502-504的各个法向矢量512-514的平面510。形成在有限元的边缘和平面510之间具有交叉点的三角形520。有限元502-504的相对方位包括三角形520的两侧边522-52本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定金属片部件的深冲压加工中使用的修边线的方法，其特征在于，所述方法包括：在计算机系统中，定义和接收金属片部件的FEA模型和工艺补充面几何形状，其中工艺补充面与所述金属片部件的深冲压加工中使用的冲压模具的产品表面相邻定位；将多个壳体有限元识别为表示所述金属片部件的至少一个凸缘的所述FEA模型的至少一个凸缘部分；通过应用第一组数值载荷到所述多个壳体有限元，执行所述至少一个凸缘部的伸展的数值模拟，所述第一组数值载荷配置成使用挠矩朝着所述工艺补充面平整每个相邻有限元对，所述挠矩是使用所述邻近有限元对的相对方位和所述金属片部件的材料特性确定的；应用第二组数值载荷到所述第一FEA模型的至少一个凸缘部分，以在之后封闭伸展凸缘和工艺补充面之间的任何剩余缝隙；以及指定所述伸展凸缘部分的外边缘作为在所述金属片部件的深冲压加工中使用的修边线。

【技术特征摘要】
2012.05.29 US 13/482,7031.一种确定金属片部件的深冲压加工中使用的修边线的方法，其特征在于，所述方法包括：在计算机系统中，定义和接收金属片部件的FEA模型和工艺补充面几何形状，其中工艺补充面与所述金属片部件的深冲压加工中使用的冲压模具的产品表面相邻定位；将多个壳体有限元识别为表示所述金属片部件的至少一个凸缘的所述FEA模型的至少一个凸缘部分；通过应用第一组数值载荷到所述多个壳体有限元，执行所述至少一个凸缘部分的伸展的数值模拟，所述第一组数值载荷配置成使用挠矩朝着所述工艺补充面平整每个邻近有限元对，所述挠矩是使用所述邻近有限元对的相对方位和所述金属片部件的材料特性确定的；应用第二组数值载荷到所述FEA模型的至少一个凸缘部分，以在之后封闭伸展凸缘和工艺补充面之间的任何剩余缝隙；以及指定所述伸展凸缘部分的外边缘作为在所述金属片部件的深冲压加工中使用的修边线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应用第一组数值载荷是在许多增量步骤中执行的，每个步骤包含所述第一组数值载荷的一小部分。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述邻近有限元对的相对方位包括所述邻近有限元之间的相对角。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一组数值载荷是与所述相对角成正比的。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相对角从所述邻近有限元和包含所述邻近有限元的各个法向矢量的平面的各条交线确定。6.根据权利要求5所述的方法，...

【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：