[发明专利]基于压力中心优化的级进模带料设计系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于压力中心优化的级进模带料排样、带料偏移的设计系统，属于金属冲压成形领域，尤其适用于工步较长或工位数较多的钣金件连续冲压级进模具。

背景技术

级进模是在一副模具内，按所成形零件分为若干个等距离工位，在每个工位上设置一定的冲压工序，完成冲压零件的某部分成形，广泛应用于现代工业生产中。

级进模的压力中心是指级进模在冲压时各工位冲压力的合力作用点(以下简称压力中心)，在模具设计时，应保证压力中心与冲床压力机滑块中心尽量保持对齐。否则，冲压时滑块会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分的不正常磨损，影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。

优化压力中心位置的方法有改变排样、增加空工位和中心偏移法等。目前，对压力中心的优化研究主要集中在使用优化算法寻找最合适的排样方案和中心偏移，使压力中心和压力机滑块中心趋于重合。

台湾科技大学学者Lin、Deng应用遗传算法和模拟退火法优化排样，以确定压力中心与压力机滑块中心最接近的排样方案，虽有效减小了压力中心的偏移，但有以下几点缺陷：1)采用经验公式计算冲压合力值，但实际上冲压合力在冲压过程中并不是一个恒定值；2)把不同工位上的每个凸模冲压起始时刻假定为相同，没有考虑每个凸模起始冲压的先后次序；3)由于模具工艺条件的限制，只能对压力中心偏移较小的带料进行排样优化。

在冲压过程中，因冲压合力的不恒定压力中心会发生变化，应保证压力中心的偏移造成的转矩偏移不超出模具所允许的范围。江苏大学陈炜、王娟等提出基于转矩平衡和数值模拟的压力中心优化方法，虽对压力中心确定有了准确性的提高和理论的突破，对压力中心的优化也有了初步的探讨，但有以下两点缺陷：1)考虑了凸模冲压分力随冲程的变化情况，但在确定冲压合力时，没有考虑不同工序在冲压时的提前与滞后，而是把各工序冲压起始位置假设为相同，对冲压合力的计算不够精确，不能给压力机的选择提供可靠的参考，对压力中心的求解也造成偏差；2)虽然对压力中心有作优化，但没能够给出最优偏移值的评判标准，仅仅给出了偏移范围和偏移方向。

如上所述，目前多工位级进模压力中心的确定和优化均存在局限性，工程中迫切需要准确求解压力中心，以正确、有效地对其进行优化，从而在冲压生产中起到实际作用。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种基于压力中心优化的级进模带料设计系统，该发明是在合理的工艺条件和模具结构的前提下，将数值模拟、转矩平衡和优化方法结合起来的CAD→CAE→CAD(CAD为计算机辅助设计、CAE为计算机辅助工程)集成系统，用于确定使压力中心最优的排样方案及其导致的转矩偏移最优的带料偏移值，可以加快级进模带料排样设计过程，减小模具在冲压过程中产生的偏心载荷，提高模具使用寿命。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于压力中心优化的级进模带料设计系统，由冲压力优化设计模块、带料排样优化设计模块和带料偏移优化设计模块组成，带料排样优化设计模块连接冲压力优化设计模块的输出，带料偏移优化设计模块连接带料排样优化设计模块的输出；冲压力优化设计模块确定凸模冲压分力和模具冲压力；带料排样优化设计模块求解不同排样方案的压力中心偏移值与冲程的函数，并根据上述函数对冲程的积分均值评判出最优的排样方案；带料偏移优化设计模块求解模具的转矩偏移值与冲程的函数，并确定上述函数对冲程积分为零时的最优带料偏移值。

所述冲压力优化设计模块确定凸模冲压分力和模具冲压力所采用的方法是：使用单工位多工序数值模拟和多工位单工序数值模拟相结合的方法，确定随滑块冲压行程变化的凸模冲压分力和模具冲压力；并在考虑上述凸模冲压分力、模具冲压力和压力机许可冲压力的情况下，确定每个凸模起始冲压的先后次序。根据可以互换的工位，应用排列与组合原理确定可行的排样方案。

所述带料排样优化设计模块求解不同排样方案的压力中心偏移值与冲程的函数，并根据上述函数对冲程的积分均值评判出最优的排样方案所采用的方法是：对每个可行的排样方案进行求解随冲程变化的压力中心偏移值，并对上述压力中心偏移值经一元多次拟合得出压力中心偏移值与冲程的函数，并求解出上述函数对冲程的积分均值，以此确定所有排样方案中积分均值最小的为最优排样。