[發明專利]金屬片成形模擬中的毛坯的初始配置

無效

• 申請號: 201210214384.8
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102955873A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 朱新海;張力
• 申請（專利權）人: 利弗莫爾軟件技術公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發明總的涉及在金屬片成形方法的數字模擬中使用的方法和系統，更具體地說，涉及毛坯金屬片的初始配置的數字模擬。

背景技術

多年來，在工業生產中一直使用金屬片成形來將毛坯金屬片制造成金屬零件，例如汽車制造廠和其供應商使用金屬片成形來生產許多零件。最常使用的金屬片成形方法稱為拉延成形或沖壓法。圖1示出了示例的拉延沖壓裝配的截面圖。制造零件或產品需要采用水力或機械壓力將特定形狀的模具100擠壓到匹配的沖壓機130上，在模具100和沖壓機130之間，設有毛坯金屬片120或工件。該毛坯金屬片120最初由捆縛裝置（binder）108和/或沖壓機130支撐。捆縛裝置180有時稱為捆縛環、環或者毛坯固定器，其置于由氣體、油、橡膠或者彈簧107致動的模墊106頂部。由金屬片成形方法制造的示例產品包括但不限于汽車引擎蓋、擋泥板、門、汽車燃料水槽、廚房水槽、鋁罐等等。在深拉延中，制造的零件或產品的深度通常大于其直徑的一半。因此，由于零件或者產品的幾何形狀，拉伸毛坯使其在不同的位點變薄。該零件或產品僅在沒有結構缺陷（如材料缺陷，例如破裂、撕裂、起皺、縮頸等）時是良好的。

傳統的，開發金屬成形方法是一個冗長的測試和糾錯過程，其需要創造和/或改變物理原型。該傳統方法不光費用高昂而且耗時。隨著有限元法和現代電腦系統的出現，傳統的金屬成形方法開發在很多方面已經由計算機模擬幫助取代。模擬能夠顯著縮短上市時間，例如大多數耗時的物理原型創建/修改已經由操作有限元網格模型（例如，在各個配置中的模具面的網格模型）取代。

金屬成形方法模擬分數個時期或階段執行。圖2是示例的金屬成形模擬的不同階段的流程圖。該模擬始于稱為“重力加載”的第一步驟202。在該第一步驟202中模擬毛坯在拉延成形之前由于自身重量導致的變形。該“重力加載”階段202是虛擬模擬步驟，這是因為在現實世界中，毛坯金屬片不需要該過程。重力自動作用在毛坯上。

下一步驟稱為“捆縛閉合”204，其中由捆縛裝置將毛坯夾住（clamp?down）。接著，在“模具沖壓”步驟206中，擠壓模具被推向匹配的沖壓機，在擠壓模具和沖壓機之間設有毛胚。在擠壓毛坯以后，下一步驟是“模具回縮”208和其他步驟（未圖示）。該“模具回縮”步驟208允許受擠壓的模具回彈。本發明涉及“重力加載”階段202的模擬。

在現有方法中，采用具有平面幾何的有限元網格模型來對毛坯進行建模（也就是，該毛坯最初作為不具有任何重量的平板）。接著，基于毛坯材料的質量密度，通過對毛坯在其自身重量的情況下進行有限元分析，來模擬“重力加載”階段。這樣產生的或是重力加載的毛坯將依據設置的幾何形狀抵靠在捆縛裝置的頂部和/或沖壓機的頂部。對于后續的模擬，重力加載的毛坯的幾何形狀是起始配置。

然而，毛坯的平面初始零重量幾何形狀有時會在重力加載的計算機模擬中產生問題。在現實世界中，較大件的平面金屬片毛坯（例如汽車引擎蓋、擋泥板或門的工件）可能以一個以上的彎曲形狀（如下陷度或凸翹度）自然彎曲。任何這些彎曲形狀都可能發生，除非通過模具制造者在模具試驗階段操作或通過沖壓壓力機中的吸盤操作，以在捆縛裝置閉合和模具沖壓之前獲得理想的彎曲形狀。因此，創建和配置了金屬成形方法模擬應用模塊以模擬該現象。因此，具有平面初始幾何形狀的毛坯在重力加載模擬中產生的不確定性會影響后續階段的結果。

因此，較為理想的是，提供一種改進的系統和方法用于指定和創建毛坯金屬片的初始配置以確保在金屬片成形過程的計算機模擬中獲得更可靠的模擬結果。

發明內容

本發明公開了一種創建在金屬片成形方法的計算機模擬中使用的毛坯金屬片的有限元網格模型的初始配置的系統和方法。根據本發明的一個方面，在執行所述模擬的重力加載階段之前，所述毛坯的有限元網格模型初始配置成不具備任何重量的平板。接著施加用戶指定的初始缺陷到初始平板模型以使得可預見地出現期望的彎曲形狀。

根據另一方面，所述初始缺陷通過基于用戶指定的指示將平面幾何形狀轉換到曲面幾何形狀（例如，具有曲度的平板）產生。該指示可包括但不限于，用于在執行模擬的“重力加載”階段之前彎曲該初始有限元網格模型的平板配置的半徑和中心。初始平板配置的彎曲可相對于所述初始平板幾何形狀施加到任何軸線。根據另一方面，該初始缺陷可具有數個形式，例如凹曲度（下陷度（sagging））或凸曲度（凸翹度）。

本發明的目的是，確保金屬板成形方法的計算機模擬更加可靠。

附圖說明