[发明专利]在包括回弹补偿的片状金属成型操作的数值模拟中设计工具组的几何形状的系统和方法

说明书

公开了在包括回弹补偿效应的片状金属成型操作的数值模拟中设计工具组的几何形状的系统和方法。生成表示工具组的初始几何形状的计算机模具面模型，以将片状金属工件成型为部件的期望几何形状。执行数值模拟的深冲压操作、可选的修剪操作和回弹效应，以获得部件的试验几何形状。获得试验几何形状与期望几何形状之间的偏差。当偏差在公差之外时，根据工具组的修改的几何形状重新生成计算机模具面模型，工具组的修改的几何形状包括从回弹导致的偏差得到的回弹补偿的估计量、以及节点调整方案，以确保沿着边界线的模型一致性。迭代获得工具组的最终修改的几何形状。

技术领域

本发明涉及片状金属成型操作的数值模拟，更具体地涉及在包括回弹补偿效应的片状金属成型操作的数值模拟中设计工具组的几何形状的系统和方法。

背景技术

多年来，片状金属成型已经在行业中用于由毛胚片状金属制造金属部件，例如，汽车制造商及其供应商使用片状金属成型生产许多部件。

最常用的片状金属成型工艺之一是深冲压，其涉及液压、机械或伺服压力机，该压力机将特殊形状的冲头推入匹配的模具(即，工具组的一部分)，一片毛胚片状金属(即，工件)位于中间。由此工艺制成的示例性产品包括但不限于汽车引擎盖、挡泥板、车门、汽车油箱、厨房水槽、铝罐等。

在深冲压工艺结束时，产品表面包含片状金属部件的期望图案/形状。在深冲压操作过程中，夹具用于保持工件。工件经过工具组(即，冲头和匹配的模具)成型后，如果要求的话，沿着修剪线切除工件的不需要部分。沿产品表面周边的任何修剪线都成为边界线。在这一点上，工件经历了一种被称为回弹到永久变形的几何形状的现象或效应。这种回弹效应包括弹性变形被释放而塑性变形保留的物理现象。为了合适和经济地生产出期望的几何形状的部件，设计工具组是非常重要的，该工具组的配置使得可以在没有进一步修改的情况下生产部件。

为了实现回弹的补偿，通常要求片状金属工件的过度弯曲。现有技术方法是修改物理模具的试错法。采用计算机辅助工程，这种试错法的数值模拟已被使用。但是，迭代地修改工具组的自动化数值模拟存在一些问题。例如，在某些情况下，由于工具组的计算机生成模型中尤其是沿着边界线的误差，在数值模拟中不能获得收敛。因此，期望在包括回弹补偿效应的片状金属成型操作的数值模拟中，有设计工具组几何形状的改进方法。

发明内容

公开了在包括回弹补偿效应的片状金属成型操作的数值模拟中设计工具组的几何形状的系统和方法。根据本公开的一方面，改进的方法包括如下步骤或动作或操作：

(A)生成计算机模具面模型，所述计算机模具面模型表示用于将片状金属工件成型为部件的工具组的初始几何形状，所述计算机模具面模型包含由多个刚性元素连接的多个节点；

(B)执行数值模拟的深冲压操作，以利用所述计算机模具面模型，根据所述工具组的当前几何形状使所述片状金属工件数值变形；

(C)如果要求的话，执行数值模拟的修剪操作，以修剪变形的片状金属工件的不需要部分；

(D)执行数值回弹模拟以获得部件的试验几何形状，试验几何形状包括变形片状金属工件或修剪的变形片状金属工件(如果要求修剪操作)的回弹效应；

(E)通过比较试验几何形状与部件的期望几何形状，来确定由于回弹造成的偏差；

(F)当由于回弹引起的偏差位于预定公差范围之外时，基于工具组的修改的几何形状重新生成计算机模具面模型，所述工具组的修改的几何形状包括从偏差得到的回弹补偿的估计量、以及节点调整方案，以确保沿着部件的边界线的模型一致性；以及

(G)重复动作(B)-(F)，除非由于回弹引起的偏差位于预定公差范围内。

根据另一方面，一种示例性节点调整方案包括：基于紧密接近标准，移动被确定为紧密接近边界线的现有节点，以与所述边界线对齐；在边界线和刚性元素的边缘之间的每个交点处添加新节点；并分割由任何一条边界线划分的每个刚性元素。