專利名稱：基于能量守恒的精密級(jí)進(jìn)模彎曲成形設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密級(jí)進(jìn)模彎曲成形設(shè)計(jì)方法，特別涉及一種基于能量守恒的精 密級(jí)進(jìn)模彎曲成形設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
如圖2所示為一復(fù)雜連接器的外殼制件圖，該制件在沖壓時(shí)，需要對(duì)板料進(jìn)行沖 裁、彎曲、整形、鉚接和切斷等工序，是典型的復(fù)雜連續(xù)沖裁彎曲件，主要應(yīng)用于電子領(lǐng)域；加工此類制件的主要方法為精密級(jí)進(jìn)模成形方法，即在一副模具內(nèi)完成制件的沖 裁、彎曲、整形等工藝，材料利用率和生產(chǎn)效率都能得到提高，成形是較為有效的，但是這種 模具設(shè)計(jì)的技術(shù)含量高，在級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)上具有以下難點(diǎn)制件最終為方框閉合并具有鉚 接點(diǎn)，需要進(jìn)行連續(xù)多工步彎曲成形，鉚接質(zhì)量的好壞受彎曲成形精度的直接影響；同時(shí)，隨著電子產(chǎn)品功能越來越多，要求精密級(jí)進(jìn)模制造出的電子連接器體積也 越來越小，其殼型制件也會(huì)愈加復(fù)雜，成形過程需要進(jìn)行多次彎曲，必須合理安排彎曲工 序，才能保證零件的質(zhì)量；但是，隨著連接器殼型制件的尺寸越來越小，對(duì)彎曲成形回彈的預(yù)測和精度的控 制成為更為突出的問題，通過傳統(tǒng)理論計(jì)算已很難對(duì)彎曲回彈加以預(yù)測，如圖8所示，即使 應(yīng)用有限元數(shù)值模擬方法，往往針對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)的多種方案，也難以直觀地對(duì)比出哪種設(shè)計(jì) 方案的回彈量最小，以及成形精度的高低。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)以上不足，本發(fā)明提供了一種基于能量守恒的精密級(jí)進(jìn)模彎曲成形設(shè)計(jì) 方法，使用該基于能量守恒的精密級(jí)進(jìn)模彎曲成形設(shè)計(jì)方法可快速確定精密級(jí)進(jìn)模彎曲成 形的最佳設(shè)計(jì)方案，有利于產(chǎn)品精度的提高。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于能量守恒的精密級(jí)進(jìn) 模彎曲成形設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)步驟如下a.使用有限元數(shù)值模擬方法，應(yīng)用功與能轉(zhuǎn)化原理求解彎曲成形時(shí)帶料吸收的能 量及回彈時(shí)帶料釋放的能量；b.據(jù)能量守恒定律，作出多工步彎曲、回彈過程中帶料的內(nèi)能變化曲線圖；c.計(jì)算多工步成形回彈時(shí)帶料釋放的能量總值，總值最小的為最優(yōu)方案。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，使用顯式算法求解彎曲成形時(shí)沖壓力隨沖程的變化曲 線，并把上述曲線擬合為一元多次函數(shù)，然后使用積分原理求解出該一元多次函數(shù)與沖程 所圍的面積值，并根據(jù)功與能相互轉(zhuǎn)化原理求得帶料成形時(shí)所吸收的能量；同時(shí)使用隱式 算法求解帶料回彈時(shí)所釋放的能量。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)能量守恒定律，作出在多工步彎曲、回彈過程中帶 料的內(nèi)能變化曲線圖，直觀比較不同的設(shè)計(jì)方案在多工步成形后帶料所儲(chǔ)存的內(nèi)能大小， 并歸納出在不同工步的成形、回彈過程中隨著彎曲角度的遞增帶料的內(nèi)能變化規(guī)律，計(jì)算多工步成形回彈時(shí)帶料釋放的能量總值，該總值最小的方案為最優(yōu)方案。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是本發(fā)明應(yīng)用隨沖程變化的沖壓力做功量與帶料所吸收 能量的功能轉(zhuǎn)化關(guān)系，快速的求解出彎曲成形時(shí)變化的帶料內(nèi)能；并根據(jù)帶料內(nèi)能的變化 與回彈關(guān)系，預(yù)測回彈量在各步彎曲時(shí)的變化趨勢，對(duì)多步彎曲成形設(shè)計(jì)加以指導(dǎo)，提高了 精密級(jí)進(jìn)模的成形精度；應(yīng)用能量守恒定律對(duì)多工步彎曲成形及回彈時(shí)的帶料內(nèi)能作變化 曲線圖，直觀比較不同方案之間的成形所需外力做功的多少及回彈量的大小，可快速的確 定最優(yōu)方案。


圖1為本發(fā)明的操作流程圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)施例零件立體圖；圖3為實(shí)施例零件的展開圖；圖4為實(shí)施例零件直角彎曲部位相對(duì)應(yīng)的帶料排樣圖；圖5為實(shí)施例零件四工步三種彎曲方案圖表；圖6為實(shí)施例零件受邊界條件約束的一個(gè)工位的帶料；圖7為實(shí)施例零件第一次成形上、下模模型設(shè)置圖；圖8為實(shí)施例零件第一次成形后的板料圖；圖9為實(shí)施例零件第一次成形后的成形極限圖；圖10為實(shí)施例零件第二次成形上、下模模型設(shè)置圖；圖11為實(shí)施例零件帶料回彈測量所選截面線；圖12為圖11中截面線第一、二方案比較；圖13為實(shí)施例零件彎曲成形時(shí)外力做功求解示意圖；圖14為實(shí)施例零件第一步預(yù)彎成形后回彈時(shí)帶料釋放能量圖；圖15為實(shí)施例零件第二步預(yù)彎成形后回彈時(shí)帶料釋放能量圖；圖16為實(shí)施例零件經(jīng)過第一步預(yù)彎回彈和第二步彎曲回彈過程帶料吸收和釋放 能量圖；圖17為實(shí)施例零件第一、二步成形與回彈能量變化趨勢圖18為實(shí)施例零件多步彎曲過程中帶料回彈釋放的能量總值圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一個(gè)連接器外殼制件1，其主要外形為閉合方框2，并有鉚接點(diǎn)3，現(xiàn)針對(duì) 閉合方框2處的九十度直角多步彎曲部位4進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過三個(gè)方案進(jìn)行比較選擇出一 個(gè)優(yōu)選方案其設(shè)計(jì)步驟如下1.使用彎曲前的工位帶料作為模擬用的毛坯板料7，并施加邊界條件8約束節(jié)點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)，以使模擬過程與實(shí)際沖壓成形相符；2.導(dǎo)入第一上、下模9、10剛體并劃分網(wǎng)格(如圖7所示)，使用動(dòng)態(tài)顯式算法對(duì) 帶料11進(jìn)行預(yù)彎沖壓模擬，輸出沖壓力變化曲線20(如圖13所示)；3.使用靜態(tài)隱式算法對(duì)預(yù)彎成形后的帶料11進(jìn)行無?；貜椖M，輸出在回彈過程中帶料釋放能量曲線圖(如圖14所示)；4.導(dǎo)入第二步彎曲成形所需的第二上、下模13、14剛體并劃分網(wǎng)格，然后對(duì)第一 步預(yù)彎回彈后的帶料11進(jìn)行沖壓模擬，并輸出沖壓力變化曲線20(如圖13所示)；5.對(duì)第二步彎曲成形后的帶料11求解回彈，輸出在回彈過程中帶料11釋放能量 曲線圖(如圖15所示)；6.通過不同方案對(duì)成形回彈后帶料11的截面線加以比較，發(fā)現(xiàn)方案一的第一截 面線18和方案二的第二截面線19有交叉，難以比較方案一、二的回彈大小，然后通過對(duì)能 量的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析，包括以下步驟1)在彎曲成形階段，上模施加沖壓力F于帶料11，沖壓力變化曲線20是一條隨 沖程S變化的不規(guī)則曲線，為便于計(jì)算，對(duì)上述沖壓力變化曲線20擬合成一元多次函數(shù) f(s)；2)應(yīng)用積分原理求解沖壓力變化曲線20與坐標(biāo)所成陰影面積值A(chǔ)，由功能轉(zhuǎn)化原 理可知面積值A(chǔ)即為帶料在彎曲成形階段吸收的能量值，繪出第一、二步彎曲成形帶料吸 收的能量變化曲線圖(如圖16所示)；3)分別繪出第一、二、三方案中第一步預(yù)彎成形后在回彈時(shí)帶料釋放能量的過程 曲線圖231、232、233(如圖14所示)和第一、二、三方案中第二步彎曲成形后在回彈時(shí)帶料 釋放能量的過程曲線圖241、242、243(如圖15所示)；4)對(duì)設(shè)計(jì)的彎曲方案進(jìn)行分析，確定較優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，包括以下 幾步(1)應(yīng)用能量守恒原理，針對(duì)第一、二、三方案對(duì)經(jīng)過第一步預(yù)彎25、第一步回彈 沈、第二步彎曲27和第二步回彈觀過程中帶料吸收、釋放的能量做出第一、二、三曲線圖a、 b、c (如圖16所示)，方便直觀對(duì)比不同方案之間的能量變化趨勢及帶料最終所剩余的能量 值大小；(2)繪制隨彎曲角變化帶料的能量變化趨勢圖(如圖17所示)，比較第一步成形 29和第二步成形30及第一步回彈31和第二步回彈32之間隨彎曲角遞增帶料所吸收、釋放 的能量，由圖中可見，第一步成形四所需外力做功量小于第二步成形30，第一步回彈31釋 放能量大于第二步回彈32釋放能量，此規(guī)律為多步彎曲進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)尋求方向；(3)針對(duì)第一、二、三方案應(yīng)用能量守恒原理對(duì)第一、二步回彈時(shí)帶料釋放的能量 作第一、二、三統(tǒng)計(jì)圖e、f、g(如圖18所示)，由圖中可知，在多工步彎曲回彈過程中方案一 的帶料釋放能量最小，即回彈總量最?。?4)確定回彈量最小的方案一為最優(yōu)方案。
權(quán)利要求
1.一種基于能量守恒的精密級(jí)進(jìn)模彎曲成形設(shè)計(jì)方法，其特征為其設(shè)計(jì)步驟如下a.使用有限元數(shù)值模擬方法，應(yīng)用功與能轉(zhuǎn)化原理求解彎曲成形時(shí)帶料吸收的能量及 回彈時(shí)帶料釋放的能量；b.據(jù)能量守恒定律，作出多工步彎曲、回彈過程中帶料的內(nèi)能變化曲線圖；c.計(jì)算多工步成形回彈時(shí)帶料釋放的能量總值，總值最小的為最優(yōu)方案。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于能量守恒的精密級(jí)進(jìn)模彎曲成形設(shè)計(jì)方法，其特征 是使用顯式算法求解彎曲成形時(shí)沖壓力隨沖程的變化曲線，并把上述曲線擬合為一元多 次函數(shù)，然后使用積分原理求解出該一元多次函數(shù)與沖程所圍的面積值，并根據(jù)功與能相 互轉(zhuǎn)化原理求得帶料成形時(shí)所吸收的能量；同時(shí)使用隱式算法求解帶料回彈時(shí)所釋放的能 量。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于能量守恒的精密級(jí)進(jìn)模彎曲成形設(shè)計(jì)方法，其特征 是根據(jù)能量守恒定律，作出在多工步彎曲、回彈過程中帶料的內(nèi)能變化曲線圖，直觀比較 不同的設(shè)計(jì)方案在多工步成形后帶料所儲(chǔ)存的內(nèi)能大小，并歸納出在不同工步的成形、回 彈過程中隨著彎曲角度的遞增帶料的內(nèi)能變化規(guī)律，計(jì)算多工步成形回彈時(shí)帶料釋放的能 量總值，該總值最小的方案為最優(yōu)方案。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于能量守恒的精密級(jí)進(jìn)模彎曲成形設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)步驟如下a.使用有限元數(shù)值模擬方法，應(yīng)用功與能轉(zhuǎn)化原理求解彎曲成形時(shí)帶料吸收的能量及回彈時(shí)帶料釋放的能量；b.據(jù)能量守恒定律，作出多工步彎曲、回彈過程中帶料的內(nèi)能變化曲線圖；c.計(jì)算多工步成形回彈時(shí)帶料釋放的能量總值，總值最小的為最優(yōu)方案，本發(fā)明應(yīng)用隨沖程變化的沖壓力做功量與帶料所吸收能量的功能轉(zhuǎn)化關(guān)系，快速的求解出彎曲成形時(shí)變化的帶料內(nèi)能；并預(yù)測回彈量在各步彎曲時(shí)的變化趨勢，對(duì)多步彎曲成形設(shè)計(jì)加以指導(dǎo)，提高了精密級(jí)進(jìn)模的成形精度；可快速的確定最優(yōu)方案。
文檔編號(hào)B21D22/00GK102129480SQ20101001718
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者殷黎明, 江丙云 申請(qǐng)人:江蘇華富精密高速模具工程技術(shù)研究有限公司