CN110457754B - 一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法 - Google Patents
一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110457754B CN110457754B CN201910627512.3A CN201910627512A CN110457754B CN 110457754 B CN110457754 B CN 110457754B CN 201910627512 A CN201910627512 A CN 201910627512A CN 110457754 B CN110457754 B CN 110457754B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- profiling
- curved surface
- initial solution
- forming
- grid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
- G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Software Systems (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了压型件技术领域的一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法,旨在解决现有技术中压型件曲面翻边成形的预测过程复杂,预测结果易出错的技术问题,提取模具及压型件的成形面,设置压型件的设计厚度和板料参数;设置分析参数,进行网格划分;设定摩擦系数;分析模具成形过程;建立一个与压型件圆弧曲率相等的曲面,以几何反向变形方法将压型件的网格节点一一映射到该曲面上,得到以曲面为参考面的初始解;对初始解进行修正;计算每个压型件单元的预估厚度并进行修正。本发明预测过程简单,准确率高,能够准确地对压型件成形过程进行模拟,从而可以进行工艺参数的不断调试与研究,降低了大量生产成本和时间。
Description
技术领域
本发明属于压型件技术领域,具体涉及一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法。
背景技术
随着国民经济的不断发展,高铁、动车等交通工具制造行业的竞争越来越激烈,压型结构件由于其刚度大、表面平整、自重轻、外形美观、制造简单、焊接变形小等优点,在生产过程中得到了快速的发展。在压型件曲面翻边成形工艺中,板料的材料和模具的几何形状、模具压力、模具间隙等参数都影响着压型件的成形性能,只有各种参数匹配适当时,才能生产出良好的零件。为了保证成形后的压型件符合设计要求,需要对成形后的压型件进行性能测试,然后根据测试结果不断调整模具压力、模具间隙、模具圆角等工艺参数,再对板料进行压延成形,重复进行以上操作直到成形后的压型件达标。因此在设计压型件成形工艺时,需要重复调整各种参数,经济成本和时间成本均居高不下。
为了有效地节约时间和经济成本,在压型件曲面翻边成形工艺的研究过程中,学者们采用有限元模拟方法进行仿真,比如PAM-STAMP、Abaqus、LS-DYNA等。而压型件曲面翻边成形的过程较为复杂、繁琐,因此,在软件中设置复杂,并且易出错,得到的结果不符合实际,往往会做一些无用功。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法,以解决现有技术中压型件曲面翻边成形的预测过程复杂,预测结果易出错的技术问题。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法,包括以下步骤:
a、提取模具的成形面,并提取能反映压型件主体结构的某一个表面,设置压型件的设计厚度和板料参数;
b、设置分析参数,对提取的模具成形面以及提取的压型件表面进行网格划分,并采用等距偏置法将压型件表面网格偏置到中性层上;
c、设定板料与模具之间的摩擦系数;
d、分析模具成形过程;
e、建立一个与压型件圆弧曲率相等的曲面,选择该曲面为参考面,以几何反向变形方法将压型件的网格节点一一映射到该曲面上,得到以曲面为参考面的初始解;
f、通过有限元方法对初始解进行修正;
g、计算每个压型件单元的预估厚度并进行修正,得到修正后的厚度值。
所述步骤f包括以下步骤:
fa、根据初始解的毛坯网格,板料参数及预设的压边力,得到每个网格节点的塑形应变和应力,计算得到作用在节点上的内力和外力;
fb、根据每个网格节点的外力以及预设的摩擦系数得到每个节点的摩擦力;
fc、建立有限元平衡方程;
fd、以预设的收敛准则求解有限元平衡方程,对初始解进行修正,得到最终考虑成形过程和板料参数的毛坯网格。
所述收敛准则是:
当某一迭代步计算出所有初始解网格节点的残余力向量范数小于前一迭代步计算出的相应值时,判断相邻两次迭代步中的所有初始解网格节点的位移差之和是否小于预定值,如是则迭代结束,否则继续进行下一步迭代;
当某一迭代步计算出所有初始解网格节点的残余力向量的范数大于或等于前一迭代步计算出的相应值时,迭代失败;其中,初始解网格节点的残余力向量为作用在该初始解网格节点的内力和外力之差。
所述步骤g包括以下步骤:
ga、根据体积不变原理,由变形前每个压型件单元的厚度、压型件单元的面积以及变形后压型件单元的面积,计算得到每个压型件单元的预估厚度;
gb、将每个压型件单元节点相邻的压型件单元的预估厚度取均值得到该压型件单元的实际厚度;
gc、以平面为参考,同样以几何反向变形的方法,将第八步所得的零件边界线以及实际厚度值一一映射到平面参考面上,得到平面作为参考面的初始解;
gd、重复上述步骤,得到最终修正后的厚度值。
所述板料参数包括泊松比、弹性模量、屈服强度、强化系数、硬化指数。
所述分析参数包括单元类型和单元尺寸。
所述等距偏置法是:首先调整压型件单元的法线方向,若相邻单元法线同向,则每一个单元的法线与相邻单元的夹角θ<90°,若相邻单元法向反向,则θ>90°,所以调整法线方向可以以如下准则判断,当cosθ>0,保持其现有法线方向,当cosθ<0,将该单元的法线方向翻转180°;设上表面或下表面的节点坐标为(x,y,z),偏置后的节点坐标为(x1,y1,z1),通过坐标变换,即原坐标分量沿法线方向移动一半厚度值,将上表面或下表面的节点偏置到中性层面上。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:本发明所述轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法,预测过程简单,准确率高,能够准确地对压型件成形过程进行模拟,从而可以进行工艺参数的不断调试与研究,降低了大量生产成本和时间。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法的压型件成形模具示意图;
图2是通过本发明实施例提供的一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法预测的最终成形的压型件示意图;
图中:1.上模Ⅰ;2.上模Ⅱ;3.上模Ⅲ;4.板料;5.下模Ⅰ;6.下模Ⅱ;7.下模Ⅲ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
首先提取模具的成形面,并提取能反映压型件主体结构的某一个表面,设置压型件的设计厚度和板料参数;使用三维软件对板料和模具成形面建模,模具成形面直接对实体模具提取外表面,板料模型的中面提取可先提取板料的上表面或者下表面。
然后在CAE软件中导入建好的模型,并且设置板料属性,在本实例中,板料为Q345钢材料,板料属性包括:弹性模量为206GPa,泊松比为0.28,密度为7850Kg/m3,屈服强度为345MPa左右,强度指数为734.33MPa,硬化系数为0.26。因在成形中,板料发生了塑性变形,故在分析时强度指数和硬化系数是必须的。
设置分析参数,对提取的模具成形面以及提取的压型件表面进行网格划分,并采用等距偏置法将压型件表面网格偏置到中性层上;在本实施例中,分析参数包括:板料单尺寸为3mm,单元类型使用的是四边形网格单元,模具单元尺寸为4mm,模具单元类型为混合四边形网格单元,即包含三角形网格单元和四边形网格单元。板料生成单元数为9453,模具总单元数为68199,弦高30.6mm。
采用等距偏置法将压型件表面网格偏置到中性层上,具体方法是:
1)首先调整压型件单元的法线方向,因曲面为连续的,划分网格适当的话不会出现尖角或曲率突变等状况,故若相邻单元法线同向,则每一个单元的法线与相邻单元的夹角θ<90°,若相邻单元法向反向,则θ>90°,所以调整法线方向可以以如下准则判断,当cosθ>0,保持其现有法线方向,当cosθ<0,将该单元的法线方向翻转180°;
2)设定上表面或下表面的节点坐标为(x,y,z),偏置后的节点坐标为(x1,y1,z1),通过坐标变换,即原坐标分量沿法线方向移动一半厚度值,将上表面或下表面的节点偏置到中性层面上。
设定板料与模具之间的摩擦系数,在本实施例中,摩擦系数设置为0.1。
分析模具成形过程,由于零件整体是弧状的,故成形过程分为两个阶段,可以避免成形过程中出现破裂、起皱等缺陷:
1)在第一成形阶段,即弯曲阶段,如图1所示,下模Ⅰ、下模Ⅱ、下模Ⅲ固定不动,上模Ⅰ、上模Ⅱ、上模Ⅲ下移,逐渐将板料压弯,在第一阶段将板料中部无需翻边的部分压住,防止它在第二阶段时起皱或形成其他缺陷;
2)在第二成形阶段,即翻边阶段,下模Ⅰ、下模Ⅲ需保证板料的弯曲度,防止板料在翻边时发生回弹,不能保证其弯曲度。故在第二阶段,下模Ⅰ、下模Ⅲ施加力约束,压住板料,上模Ⅱ施加力约束,防止板料发生起皱等缺陷。
建立一个与压型件圆弧曲率相等的曲面,选择该曲面为参考面,以几何反向变形方法将压型件的网格节点一一映射到该曲面上,得到以曲面为参考面的初始解;所建曲面需面积大于压型件以反向变形方法一一映射的面积,若曲面面积小于压型件映射的面积,则在映射时节点会找不到目标参考面,从而映射出错,则计算结果不准。
通过几何反向变形求得的初始解未考虑材料的影响,故通过有限元方法对初始解的厚度等性能参数进行修正,具体过程如下:
根据初始解的毛坯网格,板料材料参数以及预设的压边力,得到每个网格节点的塑性应变和应力,计算得到作用在节点上的内力和外力;根据每个网格节点的外力以及预设的摩擦系数得到每个节点的摩擦力;根据虚功原理,建立初始解所有节点内力、外力和摩擦力所做的功之和为零的有限元平衡方程;以预设的收敛准则求解有限元平衡方程,对初始解进行修正,得到最终考虑成形过程和材料参数的毛坯网格。
本实施例选用收敛准则如下:当某一迭代步计算出所有压型件网格节点位移向量或节点残余力向量范数小于上一步相应值,但二者差值大于预定值,则进行下一步迭代,直到二者差值小于预定值,可认为迭代收敛,若某一迭代步计算出所有压型件网格节点位移向量或节点残余力向量范数大于上一步相应值或迭代步数超过所设定的最大迭代步,可认为迭代发散。当迭代失败时认为毛坯预示不满足要求,需要调整工艺参数。当计算收敛时,可得到最终的毛坯预示边界线。
计算每个压型件单元的预估厚度并进行修正,得到修正后的厚度值,具体步骤为:
根据体积不变原理,假设压型件变形前后每个单元的体积不变,根据变形前每个压型件单元的厚度、压型件单元的面积以及变形后压型件单元的面积,计算得到每个压型件单元的预估厚度;
将每个压型件单元节点相邻的压型件单元的预估厚度取均值得到该压型件单元的实际厚度;
以平面为参考,同样以几何反向变形的方法,将第八步所得的零件边界线以及实际厚度值一一映射到平面参考面上,得到平面作为参考面的初始解;
重复上述步骤,得到最终修正后的厚度值。
计算结果在后处理软件中打开,通过后处理软件,可以对结果文件进行查看,参见图2可知,成形的压型件的顶部区域壁厚基本不变,这是由于在翻边过程中,中部的上模对板料成形时的顶部有压制,板料不易滑动,从而保证了顶部的壁厚。而上端两侧处,有可能发生破裂。
根据实际中成形的压型件,其容易破裂的区域集中在两端侧,可以看出本实施例的方法得到压型件与实际结果基本符合。本实施例的仿真过程简单,计算结果精度较高,能够准确地对压型件成形过程进行模拟,可以用于设计初期的快速模拟仿真,能够帮助设计人员通过数值模拟初步判断成形性能,指导模具圆角,模具间隙等工艺参数的修改,从而可以进行工艺参数的不断调试与研究,降低了大量生产成本和时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法,其特征是,包括以下步骤:
a、提取模具的成形面,并提取能反映压型件主体结构的某一个表面,设置压型件的设计厚度和板料参数;
b、设置分析参数,对提取的模具成形面以及提取的压型件表面进行网格划分,并采用等距偏置法将压型件表面网格偏置到中性层上;
c、设定板料与模具之间的摩擦系数;
d、分析模具成形过程;
e、建立一个与压型件圆弧曲率相等的曲面,选择该曲面为参考面,以几何反向变形方法将压型件的网格节点一一映射到该曲面上,得到以曲面为参考面的初始解;
f、通过有限元方法对初始解进行修正;
g、计算每个压型件单元的预估厚度并进行修正,得到修正后的厚度值,包括以下步骤:
ga、根据体积不变原理,由变形前每个压型件单元的厚度、压型件单元的面积以及变形后压型件单元的面积,计算得到每个压型件单元的预估厚度;
gb、将每个压型件单元节点相邻的压型件单元的预估厚度取均值得到该压型件单元的实际厚度;
gc、以平面为参考,同样以几何反向变形的方法,将压型件单元的实际厚度值以及边界线一一映射到平面参考面上,得到平面作为参考面的初始解;
gd、重复步骤ga~步骤gc,得到最终修正后的厚度值。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法,其特征是,所述步骤f包括以下步骤:
fa、根据初始解的毛坯网格,板料参数及预设的压边力,得到每个网格节点的塑形应变和应力,计算得到作用在节点上的内力和外力;
fb、根据每个网格节点的外力以及预设的摩擦系数得到每个节点的摩擦力;
fc、建立有限元平衡方程;
fd、以预设的收敛准则求解有限元平衡方程,对初始解进行修正,得到最终考虑成形过程和板料参数的毛坯网格。
3.根据权利要求2所述的轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法,其特征是,所述收敛准则是:
当某一迭代步计算出所有初始解网格节点的残余力向量范数小于前一迭代步计算出的相应值时,判断相邻两次迭代步中的所有初始解网格节点的位移差之和是否小于预定值,如是则迭代结束,否则继续进行下一步迭代;
当某一迭代步计算出所有初始解网格节点的残余力向量的范数大于或等于前一迭代步计算出的相应值时,迭代失败;其中,初始解网格节点的残余力向量为作用在该初始解网格节点的内力和外力之差。
4.根据权利要求1或2所述的轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法,其特征是,所述板料参数包括泊松比、弹性模量、屈服强度、强化系数、硬化指数。
5.根据权利要求1所述的轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法,其特征是,所述分析参数包括单元类型和单元尺寸。
6.根据权利要求1所述的轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法,其特征是,所述等距偏置法是:首先调整压型件单元的法线方向,若相邻单元法线同向,则每一个单元的法线与相邻单元的夹角θ<90°,若相邻单元法向反向,则θ>90°,所以调整法线方向以如下准则判断,当cosθ>0,保持其现有法线方向,当cosθ<0,将该单元的法线方向翻转180°;设上表面或下表面的节点坐标为(x,y,z),偏置后的节点坐标为(x1,y1,z1),通过坐标变换,即原坐标分量沿法线方向移动一半厚度值,将上表面或下表面的节点偏置到中性层面上。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910627512.3A CN110457754B (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910627512.3A CN110457754B (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110457754A CN110457754A (zh) | 2019-11-15 |
CN110457754B true CN110457754B (zh) | 2023-06-16 |
Family
ID=68482729
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910627512.3A Active CN110457754B (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110457754B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114722536B (zh) * | 2022-04-15 | 2024-06-21 | 南京航空航天大学 | 一种帽形件链模成形初始毛坯外轮廓线获取方法 |
CN117892376B (zh) * | 2024-03-15 | 2024-06-14 | 北京卫星制造厂有限公司 | 一种复合材料网格结构的成型软模构型设计方法及软模 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006313556A (ja) * | 2006-06-16 | 2006-11-16 | Canon Inc | シミュレーション方法、シミュレーション装置、プログラムおよび記憶媒体 |
JP2009061477A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Nippon Steel Corp | 薄板プレス成形シミュレーションにおける伸びフランジ割れの推定方法 |
CN102722619A (zh) * | 2012-06-05 | 2012-10-10 | 湖南大学 | 一种确定冲压形成汽车覆盖件的零件的材料利用率的方法 |
CN106874636A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-06-20 | 南京航空航天大学 | 一种管材液压成形的快速预测方法 |
CN108038305A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-15 | 重庆大学 | 一种考虑膨胀演化的硬石膏隧道可靠性分析方法 |
-
2019
- 2019-07-12 CN CN201910627512.3A patent/CN110457754B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006313556A (ja) * | 2006-06-16 | 2006-11-16 | Canon Inc | シミュレーション方法、シミュレーション装置、プログラムおよび記憶媒体 |
JP2009061477A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Nippon Steel Corp | 薄板プレス成形シミュレーションにおける伸びフランジ割れの推定方法 |
CN102722619A (zh) * | 2012-06-05 | 2012-10-10 | 湖南大学 | 一种确定冲压形成汽车覆盖件的零件的材料利用率的方法 |
CN106874636A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-06-20 | 南京航空航天大学 | 一种管材液压成形的快速预测方法 |
CN108038305A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-15 | 重庆大学 | 一种考虑膨胀演化的硬石膏隧道可靠性分析方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Study on the influences ofgeometrical parameters on the formability of stretch curvedflanging by numerical simulation[;Xu Feng;《Journal of materials pro-cessing technology》;20041231(第145期);第93-98页 * |
三维修边线的精确预示算法研究;王秋菊;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20130415(第4期);第1-44页 * |
三维复杂零件修边线快速预示方法;鲍益东等;《机械工程学报》;20111220(第24期);第42-47页 * |
橡皮囊成形钣金件初始毛坯快速设计***的研究与实现;张显藤;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》;20140715(第7期);第1-60页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110457754A (zh) | 2019-11-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104899345B (zh) | 用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法 | |
CN106874636B (zh) | 一种管材液压成形的快速预测方法 | |
CN101811156A (zh) | 基于cae分析法获取板材成型回弹量的方法 | |
CN110457754B (zh) | 一种轨道车辆压型件曲面翻边成形的预测方法 | |
CN104615809B (zh) | 采用逆向反求因子的回弹补偿方法 | |
CN104307939A (zh) | 大相对弯曲半径薄壁冲压件回弹补偿方法 | |
CN109127945B (zh) | 轻量化车身覆盖件冲压成形精度的调控方法 | |
CN104765912A (zh) | 一种铝板冲压工艺的稳健性优化方法 | |
CN108108582A (zh) | 一种曲面件柔性轧制成形过程的数值模拟方法 | |
CN103433380B (zh) | 一种汽车覆盖件拉延模具的凸成形方法 | |
CN106096139B (zh) | 一种利用回弹补偿的冲压件回弹控制方法 | |
CN102867097A (zh) | 计及静弹性变形影响的光固化快速成型风洞模型设计方法 | |
CN104268349A (zh) | 一种复杂曲面下翻边修边线的精确控制方法 | |
Wang et al. | Springback compensation of automotive panel based on three-dimensional scanning and reverse engineering | |
CN109255141B (zh) | 一种汽车车身正向概念设计截面形状优化方法 | |
CN106980742B (zh) | 向有限元仿真模型引入冲压成型信息的载荷投影映射方法 | |
CN106650073B (zh) | 一种平衡力系边界条件子模型分析方法 | |
CN103366056A (zh) | 基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法 | |
JP7111085B2 (ja) | プレス成形シミュレーション方法 | |
CN112733291B (zh) | 一种复杂曲率曲面的模具型面精准补偿方法 | |
CN109214100B (zh) | 板料快速成形预测方法 | |
CN101976291B (zh) | 一种热交换器板片的制作方法 | |
CN113836662B (zh) | 凸轮曲线槽机构设计缺陷的动态辨识及去特征化修复方法 | |
Ahmetoglu et al. | Computer simulation for tool and process design in sheet forming | |
Adrian et al. | Curating Datasets of Flexible Assemblies to Predict Spring-Back Behavior for Machine Learning Purposes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |