基于旋轉(zhuǎn)變形的中間構(gòu)形快速生成算法

基于旋轉(zhuǎn)變形的中間構(gòu)形快速生成算法

汽車結(jié)構(gòu)的形狀通常是比較復(fù)雜的，大多數(shù)采用緩沖形式。為了提高生產(chǎn)效率與成形質(zhì)量,很多零件采用級進(jìn)模成形的方式進(jìn)行加工通過有限元數(shù)值模擬技術(shù)來預(yù)測沖壓成形過程中的各種缺陷,已經(jīng)成為企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的重要途徑級進(jìn)模條料設(shè)計過程中的主要難點在于中間構(gòu)形的設(shè)計。如圖1所示的復(fù)雜折彎件,A區(qū)域繞旋轉(zhuǎn)軸逆向旋轉(zhuǎn)30°即為它的前一步工序完成后的構(gòu)形,很顯然,旋轉(zhuǎn)過程中和B固定區(qū)相鄰的圓角部分會發(fā)生較大的變形,離B區(qū)較遠(yuǎn)的區(qū)域不會發(fā)生變形,只有整體旋轉(zhuǎn)和平移,一般的CAD軟件對于這種零件的中間構(gòu)形設(shè)計束手無策。針對上述難題,本文提出了一種基于旋轉(zhuǎn)變形的中間構(gòu)形生成算法,該算法通過設(shè)置相關(guān)求解條件,通過曲面網(wǎng)格快速求解出中間構(gòu)形,并以生成的中間構(gòu)形網(wǎng)格為修邊線利用逆算法展開模型的參考構(gòu)形,精確地獲取中間構(gòu)形的修邊線。介紹了中間構(gòu)形生成算法的實現(xiàn)流程,并在SolidWorks平臺下采用二次開發(fā)技術(shù),開發(fā)了一套無縫集成的級進(jìn)模條料分步展開系統(tǒng)SW-CUX。最后以復(fù)雜連續(xù)折彎件為例說明了該算法的可行性。1中間構(gòu)形生成算法以圖2所示的簡單折彎件為例說明基于旋轉(zhuǎn)變形的中間構(gòu)形生成算法的實現(xiàn)流程。算法的輸入條件以及各個條件在計算中的約束屬性如表1所示。在SolidWorks中,曲面都是基于參數(shù)化網(wǎng)格構(gòu)成的,曲線也可以離散成一定數(shù)目的點。在離散曲面實體時,通過改變離散控制參數(shù),如弦高、弦長、最大和最小單元尺寸就可以獲得不同精度的曲面網(wǎng)格,如圖3所示。在離散曲線時也能通過改變控制參數(shù),如弦公差、長度公差來獲取不同精度的離散點。在中間構(gòu)形生成算法的輸入條件中,固定區(qū)、變形區(qū)和非變形區(qū)以曲面網(wǎng)格的形式輸入,固定約束、形狀約束、旋轉(zhuǎn)軸和等長線以離散點的形式輸入,旋轉(zhuǎn)角度的正負(fù)由右手定則來確定。算法的實現(xiàn)流程如下。(1)圖4顯示了等長度離散點的排列(2)圖5顯示了等長度的等長度投影線假設(shè)1首先,計算線段AB、BC、CD、DE、EF的長度,分別記為L23輪換首先,將線段(3)展開變形區(qū)域網(wǎng)格,步驟如下1)對于變形區(qū)域網(wǎng)格內(nèi)的任意一點首先將固定約束線離散成一系列的點,對于離散獲得的任意一條線段2)以3)在等長線的投影線中找出連續(xù)的兩個投影點Q4)對于變形區(qū)域網(wǎng)格中的每個節(jié)點都按照P的方式進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn),即可得到展開后的變形區(qū)域網(wǎng)格。(4)平整度并旋轉(zhuǎn)非變形區(qū)域的網(wǎng)格對于非變形區(qū)域網(wǎng)格,均按照等長線的投影線中和形狀約束線最近的點的平移值和旋轉(zhuǎn)值進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)。圖8為采用以上算法且旋轉(zhuǎn)角2基于逆算法的邊線展開模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室早期基于改進(jìn)的有限元逆算法和DKQ單元,開發(fā)了修邊線展開與翻邊成形性分析求解器,能準(zhǔn)確預(yù)測復(fù)雜翻邊零件的三維修邊線及翻邊成形過程中的起皺、破裂等缺陷。圖9為某零件的局部區(qū)域修邊線展開與翻邊成形性分析有限元模型翻邊成形性和修邊線展開模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的對比分別如圖10和圖11所示。從圖中可知,采用逆算法計算出的起皺區(qū)域的分布以及修邊線與實驗結(jié)果吻合很好,在局部區(qū)域修邊線展開的最大誤差小于0.5mm,基本滿足工藝要求誤差范圍。翻邊成形過程中,材料的變形路徑比較簡單,采用逆算法模擬翻邊成形能得到較高的精度。本文的主要工作是:對于級進(jìn)模中局部復(fù)雜區(qū)域多次彎曲變形的情況,采用前面所描述的基于旋轉(zhuǎn)的中間構(gòu)形生成算法,將最終構(gòu)型繞已知的旋轉(zhuǎn)軸經(jīng)過多次逆向旋轉(zhuǎn)生成局部區(qū)域的中間構(gòu)形,并將生成的中間構(gòu)形作為修邊線展開逆算法模型的參考區(qū)域,進(jìn)而準(zhǔn)確地獲取中間構(gòu)形的修邊線,完成整個中間構(gòu)型的精確設(shè)計。3逆向旋轉(zhuǎn)30中間構(gòu)形生成如圖12所示的復(fù)雜折彎件為某級進(jìn)模零件的局部折彎成形區(qū),分別定義固定區(qū)、固定約束線、等長線、形狀約束線、變形區(qū)、非變形區(qū)、旋轉(zhuǎn)軸,逆向旋轉(zhuǎn)30°即為前一步折彎工序完成后的構(gòu)形。網(wǎng)格模型如圖13所示。采用前文所提出的算法,定義好上述輸入條件后,根據(jù)右手定則,逆向旋轉(zhuǎn)30°獲得的中間構(gòu)形如圖13所示。由圖13可以看出,獲得的中間構(gòu)形網(wǎng)格非常光順,并且變形區(qū)與非變形區(qū)網(wǎng)格在鄰接的邊界區(qū)域吻合非常完美,所采用的算法是可行的。將生成的中間構(gòu)型作為修邊線展開逆算法模型的參考區(qū)域,如圖14所示。建立如圖15所示的修邊線展開有限元模型,參考區(qū)域網(wǎng)格(圖14中獲得的中間構(gòu)型網(wǎng)格),展開區(qū)域即為最終構(gòu)形經(jīng)過高質(zhì)量的離散獲取的網(wǎng)格,展開區(qū)域和參考區(qū)域鄰接的邊界上施加固定約束,經(jīng)逆算法展開后獲得的中間構(gòu)形上的精確修邊線如圖16所示。大量的算例和企業(yè)實踐驗證了逆算法求解器在修邊線展開中的有效性和準(zhǔn)確性4模型求解算法驗證針對級進(jìn)模成形以彎曲成形為主的特點,本文提出了一種基于旋轉(zhuǎn)變形的中間構(gòu)形生成算法,該算法通過設(shè)置最終構(gòu)形的旋轉(zhuǎn)軸、固定區(qū)、變形區(qū)、非變形區(qū)等求解條件,通過曲面網(wǎng)格快速求解出中間構(gòu)形。文章以某復(fù)雜連續(xù)折彎件為例,驗證了采用