基于型面变形补偿的汽车覆盖件模具型面的设计方法

摘要

一种基于型面变形补偿的汽车覆盖件模具型面的设计方法，包括基于相似模具数值模拟的型面接触状态预测，输出基于制件减薄率及模具弹性变形的模具型面补偿指导文件的阶段；在指导文件基础上利用CAD软件设计模具补偿型面，输出CAD补偿型面的阶段；利用基于逆向工程的方法将修模后的实际模具型面输出的阶段。本发明是一种在合理的工艺条件和模具结构的前提下，形成了基于制件减薄率和模具弹性变形补偿的汽车覆盖件模具型面CAE-CAD-CMM集成系统，采用本发明的方法可以加快汽车覆盖件模具型面设计过程，减少人工打磨的时间，保证模具型面配合精度和汽车覆盖件成型精度，为汽车覆盖件模具高质量、短周期的调试工作提供了一种新方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车覆盖件模具型面设计方法。特别是涉及一种基于型面变形补偿的汽车覆盖件模具型面的设计方法。

背景技术

覆盖件模具在高频次工作时的稳定性是模具性能最基本和最重要的保证，而要保证模具工作时的稳定性就必须保证凸凹模动态配合时的精度。模具动态配合精度分为导向配合精度和功能面配合精度，主要体现在上下模贴合率的高低上。为了达到规定的贴合率(90％左右)，模具钳工通常以凸模为基准，对加工后的凹模进行研配。通过着色法在制件的正反面涂上蓝油或红丹粉，由上下模在涂色制件上的接触斑点来确认其贴合率。制件着色均匀代表压边力、成型力都均匀地作用到制件上，着色不均匀则代表模具合模时着色区域局部间隙小，力集中作用在局部。因此，汽车公司在验收模具时，都严格规定着色方法和贴合率，以此来判定模具是否达到要求。

模具型面的动态配合精度，直接影响着模具工作的稳定性和汽车覆盖件的精度，在模具的多年调试中发现，影响模具动态配合精度的主要因素有：板料拉延成型减薄、模具在成型大压力下的弹性变形。

由于板料拉延成型时会变薄，且减薄的趋势非常复杂。要保证制件在凸凹模间需要的部位都着色，必须在加工前就针对制件的减薄进行预测，然后将变形量映射到模面上，并对原模面进行补偿。随着全球汽车制造企业纷纷开展汽车轻量化技术的研究，高强钢板无疑是集高强度、良好塑性于一体的理想新型汽车用材，特别是C级轿车车身的关键安全制件都将会采用高强钢板制造，因此，开展高强钢板拉延减薄模面补偿研究更具有现实意义。

汽车覆盖件模具重量一股在十吨或十几吨左右，工作时的成型压力有几百吨甚至上千吨，在巨大的成型压力下，模具已经不再是个刚体。某模具在成型压力下采用压铅丝法测得的模面各个区域的间隙值，靠近分模线立筋处与结构强度最弱的模具中部的间隙值差0.27mm，随着成型压力的增大，弹性变形将更严重。因此，必须从毛坯阶段就对模具结构进行优化设计，并结合弹性变形进行模面补偿，以减少钳工研配量。

目前，汽车覆盖件模具型面贴合率的提高主要还是依靠模具钳工手工打磨，劳动强度大，生产周期长，可以利用成熟的数值模拟技术，综合考虑汽车覆盖件的拉延减薄率和模具在大压力下的弹性变形，并与多年修模经验数值相结合，发展数字化汽车覆盖件修模技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可解决现有技术中汽车覆盖件模具工作型面贴合率修模时间长，工作量大和型面预先补偿精度不高的基于型面变形补偿的汽车覆盖件模具型面的设计方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于型面变形补偿的汽车覆盖件模具型面的设计方法，包括：基于相似模具数值模拟的型面接触状态预测，输出基于制件减薄率及模具弹性变形的模具型面补偿指导文件的第一阶段；在指导文件基础上利用CAD软件设计模具补偿型面，输出CAD补偿型面的第二阶段；利用基于逆向工程的方法将修模后的实际模具型面输出的第三阶段。

所述的基于相似模具数值模拟的型面接触状态预测，输出基于制件减薄率及模具弹性变形的模具型面补偿指导文件的第一阶段，包括如下步骤：

a)根据汽车覆盖件的相关特征及成型要求，设计制件CAD拉延型面；

b)根据制件的拉延型面和对应的技术标准进行模具结构设计，得到三维CAD模具实体数据，并将实际生产中需要的流水孔、定位让位孔，模具圆角、起重吊耳圆孔特征结构删除，形成与原模具的结构相似模具；

c)利用dynaform或autoform软件将制件CAD拉延型面进行壳单元网格划分，进行成形过程的数值模拟分析，得到制件拉延成型后的除圆角外所有型面的减薄率及分布范围数据；

d)利用UG软件进行三维CAD模具模型进行实体网格划分，将生成的实体网格导入LS-DYNA软件进行模具在成型力下的弹性变形分析，得到模具凹模工作型面的位移量分布数据；

e)根据制件数值模拟的减薄率t1的数值分布，得到模具仅在制件减薄率影响下的第一型面补偿量T1，其中T1＝t1×制件料厚；

f)根据模具弹性变形模拟的凹模工作型面的最大位移量s1，得到模具仅在弹性变形影响下的第二型面补偿量T2，其中T2＝s1+0.2mm；

g)将第一型面补偿量T1，第二型面补偿量T2进行叠加，得到型面总补偿量T，T＝T1+T2，输出模具型面总补偿量指导文件；

所述的在指导文件基础上利用CAD软件设计模具补偿型面，输出CAD补偿型面的第二阶段，是根据型面补偿指导文件中的型面补偿量，利用UG或CATIA软件设计模具凸凹模型面CAD模型C1，并用于模具的编程加工；

所述的将修模后的实际模具型面输出的第三阶段，包括以下步骤：

a)进行实际模具调试，通过制件涂蓝油着色法确定模具与制件贴合率；

b)若不满足贴合率要求，型面进行人工打磨至满足要求后，通过三坐标测量仪获得打磨后模具型面的点云数据；

c)将点云数据利用UG或CATIA软件进行曲面重构，得到实际满足贴合率情况下的模具型面CAD模型C2；

d)利用CATIA软件的误差分析模块，将模具型面CAD模型C2与凸凹模型面CAD模型C1进行比较，得出凸凹模型面CAD模型C1每一特征型面误差值E1，其中E1＝C2特征型面高度-C1特征型面高度；

e)根据得出的误差值E1和在第一阶段中得到的T值，得到修正公式为：T_修正值＝T+E1，形成模具型面补偿知识库。

本发明的基于型面变形补偿的汽车覆盖件模具型面的设计方法，是一种在合理的工艺条件和模具结构的前提下，形成了基于制件减薄率和模具弹性变形补偿的汽车覆盖件模具型面CAE-CAD-CMM集成系统，采用本发明的设计方法进行模具型面贴合率调试，可以加快汽车覆盖件模具型面设计过程，减少人工打磨的时间，保证模具型面配合精度和汽车覆盖件成型精度，为汽车覆盖件模具高质量、短周期的调试工作提供了一种新方法。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明实施例汽车覆盖件制件CAD数字模型；

图3是本发明实施例汽车覆盖件拉延CAD型面；

图4是本发明实施例汽车覆盖件模具三维实体CAD数字模型；

图5是本发明简化后的实施例汽车覆盖件模具三维实体CAD数字模型；

图6dynaform软件对实施例CAD拉延数型进行网格划分；

图7是本发明实施例模具CAD数字模型UG软件三维实体网格划分的效果图；

图8是本发明实施例模具型面总补偿量指导文件

图中：A是变形中心，变形量0.4mm；B是变形边界，变形量0mm；

图9是本发明实施例模具凹模型面CAD模型。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的基于型面变形补偿的汽车覆盖件模具型面的设计方法做出详细说明。

如图1所示，本发明的基于型面变形补偿的汽车覆盖件模具型面的设计方法，包括：基于相似模具数值模拟的型面接触状态预测，输出基于制件减薄率及模具弹性变形的模具型面补偿指导文件的第一阶段；在指导文件基础上利用CAD软件设计模具补偿型面，输出CAD补偿型面的第二阶段；利用基于逆向工程的方法将修模后的实际模具型面输出的第三阶段。

如图1中的模块一所示，所述的基于相似模具数值模拟的型面接触状态预测，输出基于制件减薄率及模具弹性变形的模具型面补偿指导文件的第一阶段，包括如下步骤：

a)根据图2所示的汽车覆盖件的相关特征及成型要求，设计制件CAD拉延型面如图3所示；

b)根据制件的拉延型面和对应的技术标准进行模具结构设计，得到三维CAD模具实体数据如图4所示，并将实际生产中需要的流水孔、定位让位孔，模具圆角、起重吊耳圆孔等特征结构删除，形成与原模具的结构相似模具，因本实施例制件和模具的形状、结构对称，以下分析选取一半模型进行分析，如图5所示；

c)利用dynaform或autoform软件将制件CAD拉延型面进行壳单元网格划分，如图6所示。进行成形过程的数值模拟分析，完成制件成形过程的数值模拟分析后，得到制件拉延成型后的除圆角外所有型面的减薄率及分布范围数据；

d)利用UG软件进行三维CAD模具模型进行实体网格划分，如图7所示，再将生成的实体网格导入LS-DYNA软件进行模具在成型力下的弹性变形分析，得到模具凹模工作型面的位移量分布数据；

e)根据制件数值模拟的减薄率t1的数值分布，得到模具仅在制件减薄率影响下的第一型面补偿量T1，其中T1＝t1×制件料厚；如制件某处的减薄率为t1＝1％，则该处的第一型面补偿量T1＝1％×0.8mm＝0.008mm，其它区域也按照此种方法计算，得到制件在不同区域的第一型面补偿量T1的分布。

f)根据模具弹性变形模拟的凹模工作型面的最大位移量s1，得到模具仅在弹性变形影响下的第二型面补偿量T2，其中T2＝s1+0.2mm；如制件某处的s1＝0.12mm，得到该处第二型面补偿量T2＝s1+0.2＝0.32mm；其它区域也按照此种方法计算，得到制件在不同区域的第二补偿量T2的分布。

g)将同一区域的第一型面补偿量T1和第二型面补偿量T2进行叠加，得到型面总补偿量T，T＝T1+T2，输出模具型面总补偿量指导文件，如图8所示；举例制件某处型面总补偿量T＝T1+T2＝0.008+0.32＝0.328mm；其它区域也按照此种方法计算，得到制件在不同区域的总补偿量T的分布。

如图1中的模块二所示，所述的在指导文件基础上利用CAD软件设计模具补偿型面，输出CAD补偿型面的第二阶段，是根据型面补偿指导文件中的型面补偿量，利用UG或CATIA软件设计模具凸凹模型面CAD模型C1，凹模型面如图9所示，并用于模具的编程加工；

如图1中的模块三所示，所述的将修模后的实际模具型面输出的第三阶段，包括以下步骤：

a)进行实际模具调试，通过制件涂蓝油着色法确定模具与制件贴合率；

b)若不满足贴合率要求，型面进行人工打磨至满足要求后，通过三坐标测量仪获得打磨后模具型面的点云数据；

c)将点云数据利用UG或CATIA软件进行曲面重构，得到实际满足贴合率情况下的模具型面CAD模型C2；

d)利用CATIA软件的误差分析模块，将模具型面CAD模型C2与凸凹模型面CAD模型C1进行比较，得出凸凹模型面CAD模型C1每一特征型面误差值E1，其中E1＝C2特征型面高度-C1特征型面高度；

e)根据得出的误差值E1和在第一阶段中得到的T值，得到修正公式为：T_修正值＝T+E1，形成模具型面补偿知识库。