岳昊　李彥波

摘要： 概述汽車沖壓件修邊線展開及確定的常用方法，詳細(xì)介紹基于JSTAMP/NV提供的修邊線展開及自動優(yōu)化功能的基本原理和實現(xiàn)方法，并通過實例說明JSTAMP/NV提供的修邊線展開及自動優(yōu)化解決方案的應(yīng)用效果.仿真結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好，表明JSTAMP/NV能幫助用戶解決產(chǎn)品修邊線設(shè)計中面臨的難題.

關(guān)鍵詞： 汽車沖壓件； 修邊線展開； 自動優(yōu)化； JSTAMP/NV

中圖分類號： TG386.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

Abstract： The common methods of trimming line unfolding and identification are briefly introduced. The basic principle and implementation method of trimming line unfolding and automatic optimization based on JSTAMP/NV software are detailed. The application effect of trimming line unfolding and automatic optimization solution of JSTAMP/NV is illustrated by an example. The simulation result is consistent with the experimental result， which indicate that JSTAMP/NV can help users to solve the difficult problems of trimming line design.

Key words： automobile stamping part； trimming line unfolding； automatic optimization； JSTAMP/NV

收稿日期： 2015[KG*9〗06[KG*9〗03

作者簡介： 岳昊（1988—），男，安徽淮南人，碩士，研究方向為有限元仿真軟件的開發(fā)與應(yīng)用，（Email）yuehao@gziit.ac.cn0引言

在汽車沖壓件工藝同步工程的成形性分析過程中，修邊工序中修邊線形狀和尺寸的確定是一個重要環(huán)節(jié)，也是修邊工序中的一個難題.修邊線的正確與否對后序的翻邊工序和整形工序的精度有重要影響.如果修邊線的確定不準(zhǔn)確，會給設(shè)計工作增加非常大的工作量，需要手工進(jìn)行反復(fù)調(diào)整和修改，增加無形的成本，還可能會造成拉深數(shù)模模面錯誤，影響沖壓模具的開發(fā)周期，甚至?xí)谝欢ǔ潭壬嫌绊懻嚨拈_發(fā)周期.因此，如何準(zhǔn)確快速得到修邊線一直是模具廠和主機(jī)廠追求的目標(biāo).[13]

1常用的修邊線展開方法概述

針對產(chǎn)品修邊線的確定，技術(shù)人員和相關(guān)的研究者不斷探索與研究，概括起來主要有3種方法.第一種是傳統(tǒng)方法，主要包括逐次逼近法和基于截面線的幾何展開算法.逐次逼近法也叫試錯法，該方法需要反復(fù)試驗、調(diào)模、試模，人力和物力消耗大且效率低下.基于截面線的幾何展開算法以截面垂直于翻邊交線的方式對翻邊面和零件工藝補(bǔ)充面取截面線，再將截面線映射到工藝補(bǔ)充面上，并對所有的截面線邊界進(jìn)行擬合，求得所需的翻邊展開線.該算法人工對產(chǎn)品截面線進(jìn)行展開并求出修邊線，計算所得修邊線精度不高，費時費力，且受技術(shù)人員經(jīng)驗的影響大.[23]

第二種是利用三維CAD軟件，例如UG和CATIA等對產(chǎn)品截面線進(jìn)行展開并求取修邊線.該方法雖然準(zhǔn)確度高，但是手工繪制工作量大，有的復(fù)雜零件需要手工繪制幾百個修邊點，再依次連接才能得到一條準(zhǔn)確的修邊線，常常要花費好幾天的時間，操作不方便且自動化程度較低，對技術(shù)人員的軟件水平要求較高.因此，很多應(yīng)用者基于CAD軟件提供二次開發(fā)接口，再根據(jù)翻邊成形的種類和特點進(jìn)行修邊線展開的軟件開發(fā)，可以實現(xiàn)修邊線的自動生成，不僅可以保證修邊線的精度，而且可大大提高設(shè)計工程師的工作效率.[35]

第三種是利用CAE軟件提供的逆算模塊（也叫一步逆成形法），例如JSTAMP/NV的HYSTAMP，AutoformTrim Plus和PamStampInverse模塊等求取修邊線.該方法從給定的最終零件形狀尺寸和過程條件出發(fā)，沿著與沖壓成形過程相反的方向求解初始坯料形狀.若已知翻邊后的零件形狀，則可以利用該方法計算翻邊前的零件輪廓，從而獲取修邊線.該方法不僅可以精確地確定修邊線且自動化程度高、對技術(shù)人員技能的依賴程度低，很容易使用.[25]

本文詳細(xì)介紹如何應(yīng)用JSTAMP/NV進(jìn)行修邊線展開及其自動優(yōu)化.

2基于JSTAMP/NV修邊線展開及自動優(yōu)化原理介紹一步逆成形法在鈑金成形中的應(yīng)用主要從求鈑金零件的坯料展開問題開始，現(xiàn)已逐步應(yīng)用于鈑金件的設(shè)計和成形工藝優(yōu)化設(shè)計等方面.[2]對于修邊線的預(yù)測（見圖1），輸入最終制品或翻邊后零件數(shù)據(jù)和修邊前的成形工序的數(shù)模，基于逆算法，即可展開獲取修邊工序的修邊線.JSTAMP/NV軟件提供專門用于逆向求解的模塊HYSTAMP，是基于逆向分析方法的一步法求解器.HYSTAMP求解器應(yīng)用于原始板材線估算即板材展開和快速成形評估分析功能及修邊線展開和回彈分析功能.基于一步逆成形法的修邊線展開具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備簡單、計算速度快的特點，并且能夠在模擬翻邊的同時直接預(yù)測三維修邊線的位置，應(yīng)用修邊線預(yù)測功能展開的修邊線實例見圖2，第1步結(jié)果顯示為翻邊前制品和生成的修邊線，第2步結(jié)果顯示為翻邊后的產(chǎn)品.

a）修邊線展開第1步仿真結(jié)果

b）修邊線展開第2步仿真結(jié)果

修邊線自動優(yōu)化原理是利用正反向模擬相結(jié)合的方法，先利用逆算法快速確定初始修邊線，再用增量法進(jìn)行正向模擬修正，可以較快地實現(xiàn)修邊線的精確設(shè)計.具體流程見圖3：首先應(yīng)用HYSTAMP逆向求解器快速逆算得到近似的初始修邊線，然后對產(chǎn)品進(jìn)行全工序成形模擬.例如，全工序為拉深—修邊—翻邊，在修邊工序中利用逆算法求得修邊線并進(jìn)行修邊，然后將全工序模擬獲取的制品仿真結(jié)果與預(yù)期形狀或制品CAD目標(biāo)形狀進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果修正修邊線，修正后再進(jìn)行正向模擬，如此反復(fù)迭代，直至模擬結(jié)果與預(yù)期形狀之間的誤差小于接受值.上述迭代過程應(yīng)用JSTAMP/NV自動完成.

3應(yīng)用JSTAMP/NV進(jìn)行修邊線預(yù)測及自動優(yōu)化的設(shè)置和實現(xiàn)過程基于HYSTAMP的修邊線預(yù)測仿真操作流程見圖4.首先運行JSTAMP/NV，建立項目類型為修邊線預(yù)測的文件，導(dǎo)入產(chǎn)品和拉深數(shù)模CAD數(shù)據(jù)并執(zhí)行網(wǎng)格劃分，然后指定材料屬性和板厚，至此前處理已完成，可以直接提交執(zhí)行計算.計算結(jié)束進(jìn)入軟件后處理，對仿真結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)并輸出預(yù)測的修邊線用于正向模擬仿真的修邊工序.

按照上述操作基于HYSTAMP逆向求解器計算出修邊線后，進(jìn)行拉深—修邊—翻邊的正向模擬，最終獲取制品的仿真結(jié)果，與產(chǎn)品的目標(biāo)邊界進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)在局部區(qū)域有時存在較大偏差.汽車沖壓件的修邊線的公差一般為±1 mm，要求高的產(chǎn)品公差可能要滿足±0.5 mm.很顯然，使用一步逆成形法展開的修邊線在一定程度上存在偏差，必須經(jīng)過調(diào)整才能滿足要求，這會在一定程度上影響生產(chǎn)成本和周期.[1]為提高展開后修邊線的精度，有必要對展開獲取的初始修邊線進(jìn)行修正和優(yōu)化.JSTAMP/NV提供專用于修邊線自動修正的功能.

在執(zhí)行修邊線自動修正之前的準(zhǔn)備工作包括：1）提取目標(biāo)產(chǎn)品的外形輪廓線；2）使用逆向求解器計算并展開生成初始修邊線，該修邊線是自動優(yōu)化的對象；3）運行JSTAMP/NV軟件新建一個標(biāo)準(zhǔn)成形仿真分析項目，例如包含拉深—修邊—翻邊3個工序的仿真，并完成計算.運行修邊線自動修正功能，在項目流程面板上右鍵點擊修邊Trim工序，在彈出的快捷菜單中選擇“修邊線自動修正”.修邊線自動修正的設(shè)定和計算具體包括：

1）指定展開工序.若修邊工序后只有一個翻邊工序，則軟件默認(rèn)修邊后的翻邊工序為展開源，若修邊后有好幾個工序，點擊箭頭可選擇需要的工序作為展開源.一般情況，若提取最終產(chǎn)品的外形輪廓線作為對比目標(biāo)，展開源選擇最后一個工序即可.

2）指定成品外形線.點擊輸入按鈕把事先提取的產(chǎn)品外形輪廓線導(dǎo)入.

3）指定目標(biāo)誤差容許值或執(zhí)行優(yōu)化的最大次數(shù)，其設(shè)定原則見表1.

4應(yīng)用實例

進(jìn)行修邊線展開及自動優(yōu)化實例的基本信息見圖5.該產(chǎn)品成形包含3個工序：成形、修邊和翻邊，材料為HS590，料厚1 mm.利用JSTAMP/NV對該實例進(jìn)行修邊線展開及自動優(yōu)化，獲取的修邊線結(jié)果與現(xiàn)場加工的實際修邊線對比見圖6.由此可知：基于HYSTAMP展開的初始修邊線在局部存在一定偏差，經(jīng)過JSTAMP/NV自動修正優(yōu)化后獲取的修邊線與現(xiàn)場加工所用的修邊線基本重合，因此，使用修邊線自動修正功能獲取修邊線的精度值得信賴，并可以滿足最終產(chǎn)品的公差要求.

5結(jié)束語

在汽車沖壓件開發(fā)過程中，產(chǎn)品修邊線設(shè)計面臨的問題包括：如何保證修邊線的展開精度、如何確保復(fù)雜翻邊區(qū)域的可成形性及如何在保證高質(zhì)量的前提下提高設(shè)計效率.隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)越來越多的方法和工具可以展開修邊線，方法不同，優(yōu)缺點也不相同.本文旨在說明借助JSTAMP/NV提供的修邊線展開及自動優(yōu)化解決方案如何簡單快捷地輸出精度可靠的修邊線，幫助用戶解決產(chǎn)品修邊線設(shè)計面臨的難題，有效提高模面制作效率，降低設(shè)計成本，進(jìn)而快速提升企業(yè)的競爭力.參考文獻(xiàn)：

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