详情

原文传递基于逆向工程技术的汽车覆盖件回弹问题研究

论文题名：	基于逆向工程技术的汽车覆盖件回弹问题研究
关键词：	汽车覆盖件;逆向工程;有限元;回弹模量;模具补偿
摘要：	在薄板冲压成形的过程中，拉裂、起皱和回弹是三种最基本的缺陷，其中对于回弹，特别是汽车外覆盖件这样的浅拉延件的回弹目前并没有特别好的办法加以控制。回弹不但使冲压件型面产生变形，同时也使冲压件最终形成的边线产生变形。通过改善冲压工艺虽然可以在一定程度上减小回弹，但无法从根本上消除回弹。模具补偿虽然从理论上来讲可以从根本上解决回弹问题，但如何获得正确的补偿型面是这一技术应用的瓶颈，目前广泛采用的方法是用CAE技术通过迭代计算获得模具最终的补偿型面，但由于仿真技术还无法准确计算冲压件的回弹，因此通过这种方式获得的模具补偿型面很难保证其准确性，冲压出来的实际冲压件与其设计模型往往有着较大的差异。鉴于此，本文提出了基于逆向工程技术来研究回弹问题的新思路，基于这个思路，本文在论文中所做的主要工作如下： 1．三维复杂冲压件的回弹评测本文提出通过逆向工程技术建立实际冲压件的数字模型，将该数字模型和原始CAD模型进行比较从而实现三维冲压件回弹的精确评测。具体方法是：先通过逆向工程技术重构出实际冲压件的型面，然后将其导入到CAD软件中和CAD模型并存，并通过手动调节使二者位置基本对齐，然后将调整好的模型导入到CAE软件中进行网格划分。通过强制变形仿真方法获得CAD型面和实际重构型面之间的单元和节点的映射关系，计算出模型的几何中心并根据冲压方向在模型上找到对应的单元及节点编号。然后通过坐标变换将模型初始对准，并用遗传算法对旋转位置进行优化，计算出各节点的法向偏差即为该三维冲压件的回弹。为了更好地表示回弹分布情况，将最后的计算结果用云图在模型上显示出来。该方法一方面可以为模具的修整提供正确的指导，另一方面可以用来计算回弹仿真误差。 2．回弹仿真误差补偿模型的建立及模具的二次补偿模具设计补偿可以从根本上解决回弹，但由于回弹仿真计算还存在着较大的误差，因此很难获得准确的补偿型面。本文提出先建立回弹仿真误差补偿模型，然后以该误差补偿模型为基础进行模具二次补偿的方法来解决这个问题。具体方法是：先通过逆向工程技术重构出实际冲压件的型面，然后将其和回弹仿真结果进行比较，比较方法采用三维复杂冲压件的回弹评测方法。由于这个比较是在实际冲压件和回弹仿真结果之间进行的，因此计算出来的各节点的法向偏差即可定为回弹仿真的误差。由于回弹并没有改变型面的复杂程度，因此本文将回弹引起的型面变化称为小变形，并提出了在小变形情况下回弹仿真误差基本保持不变的假设。通过在CAD模型对应的节点上进行等值反向法向偏移建立回弹仿真误差补偿模型，然后以该模型为基础通过CAE迭代计算对模具进行二次修正补偿，获得新的模具型面。文中试验表明由于二次修正补偿过程考虑了回弹仿真误差，因此可以大幅度地提高零件的成形精度。 3．基于有限元网格映射法计算修边线修边线的确定是修边工艺制定过程中的一项重要内容，对于翻边类零件其修边线往往难以确定，传统的图解法和数学解析法都存在着各自的缺陷。本文通过有限元仿真模拟冲压件的翻边过程，并将设计翻边轮廓线离散后投影到对应的单元上，利用仿真计算所建立的翻边前后单元和节点的映射关系，计算出各离散点在翻边前的坐标，根据这些离散点新的坐标值重构出修边线。由于有限元仿真在计算成形时具有很高的精度，因此该方法可以保证修边线计算的精度。 4．基于逆向工程技术预测回弹后的实际修边线对于某些冲压件修边为最后一道工序，此时设计修边线一般为冲压件的轮廓线。在成形回弹和修边回弹的影响下修边线会出现变形，所以希望能在修边模加工前就能预测出修边线在回弹的影响下有多大的变形，这样就可以在加工修边模时对修边刀块预先进行适当的调整达到对修边线的控制。本文提出通过逆向工程技术重构出实际冲压件的型面并以此型面为修边后实际冲压件的型面，然后采用强制变形仿真的方法建立设计模型和实际冲压件重构模型的网格和节点映射关系。将设计修边线按一定精度离散成点，然后根据修边方向计算出各点在网格上形成的投影点和投影线交点，根据之前计算出来的网格和节点映射关系就可以计算出投影点和投影线交点在变形后的新坐标，将其拟合成曲线就可以得到变形后修边线的形状。 5．冲压件边线变形的评价冲压件的边线变形的评价在焊装工艺中有着重要意义，本文提出两种方法来实现冲压件边线的变形评价：一是借鉴线轮廓度评定的方法，结合遗传算法计算出边线的线轮廓度，并以线轮廓度值作为边线是否满足要求的评价指标；二是通过比较变形前后曲线的曲率和挠率来评价边线的变形情况。第一种方法是从整体上对边线进行评价，第二种方法是从局部对边线进行评价。
作者：	龚志辉
专业：	车辆工程
导师：	钟志华
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文