覆盖件冲压仿真参数化建模方法_产品创新数字化(plm)_cae_721

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1、覆盖件冲压仿真参数化建模方法_产品创新数字化(PLM)_CAE   0引言   汽车覆盖件模具的典型设计分析流程是在完成覆盖件产品设计后，模具设计人员凭经验制定冲压工艺和模具设计方案，而后运用CAE技术来进行冲压成形的计算机仿真；根据仿真结果返回到CAD系统中修改设计方案，再开始下一轮的计算机仿真，直至仿真结果验证了设计方案的可行性。如果需要多次的工艺方案修改，每一次均需要返回CAD系统进行修改，而每一次的CAD修改返回后，成形性仿真计算包括网格剖分、补孔、翻边等步骤都需要重新进行，严重影响了成形仿真的效率。      针对这一现状，本文提出一

2、种新的基于散乱模型的冲压仿真参数化建模方法，并开发出汽车覆盖件冲压成形仿真前处理STLMesher。在获取了覆盖件零件的STL文件格式模型之后，模具的工艺面和压料面都在CAE前处理系统中进行参数化设计，无需再返回到CAD软件中处理。以覆盖件产品的STL格式模型为基础，根据冲压工艺方案设计参数化的工艺补充面和压料面。该方法极大地方便了工艺方案设计和修改，节约了设计时间，并同步生成仿真计算所需的网格模型无需再进行专门的网格剖分。      1仿真模型工艺面的参数化建模      1．1逼近工艺面的三角面片数量的确定      本文提出的仿真建模方法

3、使用三角形面片逼近模具型面。为了保证仿真计算的精度，三角形逼近的模具网格必须精确模拟模具的几何形状，如果造型中使用的三角形数量过少，逼近的精度就比较低；如果三角形的数量太多，有限元计算中接触搜寻的计算量就会大大增加。通过控制模型的离散误差，可以控制三角形的数量。使用三角形造型时，曲线段是由数段弦代替。如图1所示，半径为R、包含角为a的圆弧使用n段弦替代，由此定义弦长逼近标准为l=R-Rcosa/2n(1).      弦长逼近标准l为弦与对应弧中点的距离。通过设定z的值(通常设定为0．1mm)，即可控制逼近曲线的弦的长度，进而可控制三角形的数量

4、。      1．2使用三角面片的工艺补充参数化设计      工艺设计的目的是通过建立产品工艺补充部分，形成均匀的进料阻力和良好的拉深条件。因此要保证工艺补充面和压料面的交线在冲压方向上光滑连接，在垂直冲压方向的平面内起伏均匀。工艺面的造型分两步进行，分别是截面特征线的构造和工艺面的构造，具体过程如下：      (1)构造截面特征线。①首先根据覆盖件的成形工艺性。以及修边线的位置和修边类型，从前述的五种典型截面线中选取一种，并确定截面线参数。②在模型的边界的特征点上，使用该点的主法矢、副法矢和切矢作为该点处局部坐标系的向量。该点处的截面线就

5、定义在由主法矢和副法矢确定的平面内。③由截面线参数确定出该条截面线的n个控制点，由此构造出一条k次NURBS曲线得到截面线的解析表达式。为了使用三角面片造型，使用i段直线段逼近该截面线(所需直线段的数量由弦长逼近标准确定)。      (2)构造工艺补充面。根据两条特征线之间的模型边界变化情况，使用两种方式生成工艺补充面。①如果两条特征线之间的模型边界线是光滑的，就以它为导引线，采用扫动(Sweep)方法构造中间部分的工艺补充面的截面线；如果不是光滑过渡的，适用曲面桥接(Bridge)的方式构造中间部分的截面线，实现光顺过渡，满足C1连续要求。

6、②把两两相邻的截面线之间的区域，使用三角面片完成造型设计，得到最终的由三角面片构造的工艺补充面。      与CAD软件中的工艺补充设计相比，本文提出方法可基本实现相同的功能，但是操作更简单快捷。在CAD软件中进行工艺补充部分的参数化设计时，需要对每条截面线定位，不断的建立和变换坐标系，设计过程十分费时。      这里以修边线位于拉深件底部，垂直修边的模型为例说明本文的参数化建模方法。截面线示意图见图2，截面线上包含的参数有凹模圆角半径r1，凸模圆角半径r2，斜壁的长度c。斜面与冲压方向的夹角a，修边线到凸模圆角的距离口，压料面与水平面的夹角

7、口等。      设定完截面线形状参数后，使用直线段分段逼近截面线。将不同的截面特征线布置到模型边界上相应区域，沿边界生成一系列的截面线，结果如图3所示。根据弦长逼近标准确定截面线的数量。模型边界上直边的部分布置的截面线较稀疏，而在圆角部分则布置了较多的截面线，保证了工艺补充面的光顺过渡。最后将截面线上的直线段用三角面片连接，得到离散化的工艺补充面的网格模型，如图4a所示。从图4b的光照模型可以看出，使用本文方法设计的模型型面的光顺程度很高，图中的深色线所示为模具的分模线。       1．3压料面的参数化设计      压料面的设计思想与工艺

8、补充设计相似，先设计出压料面截面线，而后使用三角面片完成压料面的设计。具体的设计方法是，将前面工艺补充设计得到的凹模口线，沿切线向外延伸3～5mm，得