本发明公开了一种汽车覆盖件拉延模具研配压料面设计的方法。本方法通过冲压仿真计算获得坯料在压料面上流动时厚度的变化情况及最终压料面上坯料的厚度分布情况，将压料面分为动态流动区和静态停留区。通过在不同冲压行程时刻获得动态流动区坯料边缘节点在压料面网格上的投影及根据厚度变化情况进行相应的移动，构建新的投影节点，然后对动态流动区的投影节点进行曲线拟合形成曲线，并由此构建曲面。在最终成形结束时，获得静态停留区的坯料网格节点在压料面网格上的投影点及根据厚度变化情况进行相应的移动，构建新的投影节点，并应用逆向工程的方法构建曲面。最终构建的动态流动区和静态停留区曲面共同组成了压料面上新的曲面。
1.一种汽车覆盖件拉延模具研配压料面设计的方法，该方法能应用到压边圈压料面的设计，或应用到凹模压料面的设计，具体包括如下步骤：步骤1：构建合理冲压模型，进行拉延冲压仿真；
步骤2：将冲压仿真的结果按行程分成数个中间阶段输出对应的坯料网格模型信息，获取相应的坯料网格模型的节点编号，节点坐标，同时获得节点厚度，并与坯料原始厚度进行比较后获得各个边缘节点的厚度变化量；
步骤3：将边缘节点投影到压料面工具网格模型之上，并根据变化量值进行移动后获得这些投影点最终的位置；
步骤4：将不同行程的中间坯料网格模型边缘节点的投影点连接成曲线，并构造出动态流动区曲面；
步骤5：对成形结束时刻的坯料网格模型进行剪裁，保留坯料对应于压料面的网格和节点，并获得各节点的节点编号，节点坐标；同时获得节点厚度，并与坯料原始厚度进行比较后获得各个边缘节点的厚度变化量；
步骤6：将步骤5中剪裁获得的各坯料节点投影到压料面工具网格模型之上，并根据各节点厚度变化量值进行移动后获得这些投影点最终的位置，形成新的投影节点，并应用逆向工程技术构造静态停留区曲面；
步骤7：将步骤4和步骤6获得的曲面合并在一起，共同构成了压料面曲面。
2.如权利要求1所述的方法，在步骤1中，当压料面上有拉延筋时应该采用等效拉延筋进行仿真计算；同时，所获得的拉延仿真结果符合工程要求，并计算出合理的坯料尺寸。
3.如权利要求1所述的方法，在步骤2中，以坯料外边缘节点在压料面压紧材料后开始计算直到冲压结束，材料在压料面上移动的距离作为冲压行程分段的依据，输出的各阶段坯料外边缘节点包括初始压料面压紧坯料时刻及成形结束时刻。
4.如权利要求1所述的方法，在步骤3和步骤6中节点投影时，投影方向应为该节点的法线方向，能采取网格等距偏置后对应节点连接的方式获得法线方向，如果节点厚度减去坯料原始厚度为正，则沿着投影的方向移动节点；如果节点厚度减去坯料原始厚度为负，则逆着投影的方向移动节点。
5.如权利要求1所述的方法，在步骤4中，节点连接成曲线能直接在CAE软件中构建然后输入到CAD软件中构建曲面，或采用将节点坐标输入到CAD模型中，然后通过CAD过点构造曲线的方式获得连接曲线，然后在CAD中通过这些曲线构造曲面。
6.如权利要求1所述的方法，在步骤5中，剪裁曲线为凹模压料面与模口圆弧的交界线，剪裁时保留曲线外部的网格。
7.如权利要求1所述的方法，在步骤6中，新投影点的获得方法与步骤3中边缘节点新投影点获得的方法一致。
一种汽车覆盖件拉延模具研配压料面设计的方法
技术领域
[0001] 本发明设计本发明涉及车辆工程技术领域，尤其是涉及一种汽车覆盖件拉延模具研配压料面设计的方法。
背景技术
[0002] 汽车覆盖件在拉延时，坯料逐步向模腔内流动，坯料周长不断缩小，坯料产生聚集增厚。压料面一方面通过传递压料力抑制起皱的产生，同时由于压料面与材料的摩擦作用阻碍材料的流动，因此压料面需要根据材料流动过程中厚度的变化进行相应的设计。拉延成形时，压料面分为两个区域，一个是坯料从成形开始时的初始位置到成形结束时终止位置，这个区域属于坯料动态流动区，成形时坯料将经过这个区域但并不留在此区域。另一个区域为坯料静态停留区，这个区域从成形结束时坯料的终止位置到压料面与模口圆角交界线区域。坯料经过动态流动区时，坯料不断向内移动使得坯料边缘长度不断缩短，导致坯料在压料面上通常都处于增厚状态，因此动态流动区只考虑坯料边缘节点在流动过程中厚度的变化情况。而在静态停留区，压料面只考虑最后坯料残留在压料面区域的充分接触。
[0003] 压料面是工艺补充的一个重要组成部分，对汽车覆盖件的拉深成型起重要的作用，随着工业的发展曲面零件应用逐渐增多，特别是较复杂的大型曲面零件的成型技术越来越受到重视。而拉深成型是这些零件成型的重要工序。压料面设计是否合理，直接影响拉深件深度的均匀度和毛坯阻力的分布是否满足拉深拉深成型的需求。
发明内容
[0004] 一种汽车覆盖件拉延模具研配压料面设计的方法，该方法能应用到压边圈压料面的设计，或应用到凹模压料面的设计，具体包括如下步骤：
[0005] 步骤1：构建合理冲压模型，进行拉延冲压仿真。
[0006] 步骤2：将冲压仿真的结果按行程分成数个中间阶段输出对应的坯料网格模型信息，获取相应的坯料网格模型的节点编号，节点坐标，同时获得节点厚度，并与坯料原始厚度进行比较后获得各个边缘节点的厚度变化量。
[0007] 步骤3：将边缘节点投影到压料面工具网格模型之上，并根据变化量值进行移动后获得这些投影点最终的位置。
[0008] 步骤4:将不同行程的中间坯料网格模型边缘节点的投影点连接成曲线，并构造出曲面。
[0009] 步骤5：对成形结束时刻的坯料网格模型进行剪裁，只保留坯料对应于压料面的网格和节点，并获得各节点的节点编号，节点坐标；同时获得节点厚度，并与坯料原始厚度进行比较后获得各个边缘节点的厚度变化量。
[0010] 步骤6：将步骤5中剪裁获得的各坯料节点投影到压料面工具网格模型之上，并根据各节点厚度变化量值进行移动后获得这些投影点最终的位置，形成新的投影节点，并应用逆向工程技术构造曲面。
[0011] 步骤7：将步骤4和步骤6获得的曲面合并在一起，共同构成了压料面曲面。
[0012] 进一步的，在步骤1中，当压料面上有拉延筋时应该采用等效拉延筋进行仿真计算；同时，所获得的拉延仿真结果符合工程要求，并计算出合理的坯料尺寸。
[0013] 进一步的，在步骤2中，以坯料外边缘节点在压料面压紧材料后开始计算直到冲压结束，材料在压料面上移动的距离作为冲压行程分段的依据，阶段数一般为3～5个，也可根据情况自行设定，输出的各阶段坯料外边缘节点包括初始压料面压紧坯料时刻及成形结束时刻。
[0014] 进一步的，在步骤3和步骤6中节点投影时，投影方向应为该节点的法线方向，能采取网格等距偏置后对应节点连接的方式获得法线方向，如果节点厚度减去坯料原始厚度为正，则沿着投影的方向移动节点；如果节点厚度减去坯料原始厚度为负，则逆着投影的方向移动节点。
[0015] 进一步的，在步骤4中，节点连接成曲线能直接在CAE软件中构建然后输入到CAD软件中构建曲面，或采用将节点坐标输入到CAD模型中，然后通过CAD过点构造曲线的方式获得连接曲线，然后在CAD中通过这些曲线构造曲面。
[0016] 进一步的，在步骤5中，剪裁曲线为凹模压料面与模口圆弧的交界线，剪裁时保留曲线外部的网格。
[0017] 进一步的，在步骤6中，新投影点的获得方法与步骤3中边缘节点新投影点获得的方法一致。
[0018] 本发明通过拉延仿真计算，获取坯料流经压料面时的厚度变化情况，同时获得最终成形后坯料在压料面上的厚度分布，然后通过修改节点，构建曲线及曲面，获得适应于坯料压料面厚度分布及流动过程中厚度变化的动态流动区曲面；应用逆向工程技术构造静态停留区曲面，将二者进行合并获得压料面的设计型面，从模具的型面设计层面上，获得了一种更合理的压料面设计型面，本发明能够更好适用于复杂的大型曲面零件拉深成型工艺中压料面的设计。
附图说明
[0019] 图1为本发明的压料面示意图；
[0020] 图2为具体实施例中的零件设计模型；
[0021] 图3为具体实施例中冲压仿真获得成形结束时刻的厚度分布云图；
[0022] 图4为具体实施例中压边圈将坯料压紧后的坯料边缘移动量；
[0023] 图5为具体实施例中成形结束时刻的边缘移动量；
[0024] 图6为具体实施例中第一个3.72mm边缘移动量时刻的仿真厚度云图；
[0025] 图7为具体实施例中CAD软件构建出的曲面；
[0026] 图8为具体实施例中成形结束时刻的坯料网格切割示意图；
[0027] 图9为具体实施例中根据新投影点构建曲面；
[0028] 图10为具体实施例中最终获得的压料面。
具体实施方式
[0029] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述，
[0030] 如图1所示的压料面示意图，分为动态流动区和静态停留区两个部分。动态流动区为从压边圈1将坯料4压紧在凹模3的压料面区域开始(图1中的A点)，直至冲压结束时(图 1中的D点)坯料边缘的变化范围(A点到D点区域)；由于大型拉延模具总是有平衡块2 支撑在凹模3和压边圈1之间，所以拉延时压边圈1和凹模3压料面之间能保持一个最小间隙。静态停留区为冲压结束后坯料的边缘直至压料面与模口圆角过渡的曲线区域(D点到E 点区域)。动态流动区的压料面根据坯料边缘在流动过程中厚度的逐步变化而逐步变化，静态停留区的压料面与坯料最终的厚度分布一致。
[0031] 根据图1所示压料面设计示意图，本发明的具体实施办法如下：
[0032] 将图2所示的带圆锥面的盒型件作为零件设计模型，以该零件的锥面为压料面构建冲压工艺模型及冲压仿真模型，拉延行程为47.5mm。然后进行拉延仿真，成形结束时得到的厚度分布结果如图3所示。在压边圈将坯料压紧后获得坯料边缘的移动量如图4所示。坯料边缘节点构成曲线，然后开始计算坯料边缘的移动距离直到冲压过程结束，能最终获得边缘的移动量如图5所示。
[0033] 由于收缩不均匀，此时按图4和图5中的最大值的差值计算得到压边圈压紧后材料的流动距离为18.418-3.521＝14.897mm，将该移动距离分成4段，则每隔3.72mm输出一个中间成形结果。对于所有的中间成形结果均取边缘节点，获得其坐标值和厚度值，并计算出厚度相对原始厚度的变化量。然后将边缘节点投影到压边圈网格模型之上，并根据每个节点的厚度变化量进行位置移动，当变化量为正时，沿着投影方向移动，当变化量为负时，逆着投影方向移动。
[0034] 现以第一个3.72mm边缘移动量为例加以说明，图6为此刻成形时的厚度分布图；等厚偏置坯料网格模型后对应节点的连接线即为投影方向；将该网格模型的边缘节点投影到压料面工具网格模型之上，并根据边缘各节点的厚度变化量移动相应距离，建立新的节点，依此在CAE软件中将边缘节点连接成一条曲线，即获得了在该行程时刻边缘节点投影并移动后组成的曲线；依上述方法能构造出其他四个行程(包括最后成形结束时刻的最内圈曲线和初始压边圈压紧时刻最外圈曲线)的边缘节点投影并移动后组成的曲线；然后将这些曲线导入到CAD软件中构建出曲面，如图7所示，此时，完成了压边圈动态流动区的设计。
[0035] 然后，将静态区域对应的成形结束时刻的坯料网格沿着凹模压料面与模口圆角的交线进行切割，去除内部的网格，获得的结果如图8所示；然后将剪裁后的单元节点投影到工具网格之上，并根据各节点的厚度相对原始坯料厚度的变化值进行移动，其过程与前述边缘节点的投影及移动过程一致。按此方法得到移动后的新的节点，然后采用逆向工程的方法由这些新的节点构造出曲面，如图9所示；最终将压边圈动态流动区和静态停留区的曲面合并在一起得到压料面的设计型面如图10所示。
[0036] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
