一种冲压件起皱的预测及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冲压技术领域，尤其设及一种冲压件起皱的预测及控制方法。
【背景技术】
[0002] 在实际生产中，冲压件会出现起皱现象，运使得冲压件的尺寸精度不准、表面质量 不好，从而影响装配精度及产品外观;而且，冲压件起皱还易导致冲压件焊接过程中的焊点 扭曲和焊点开裂；另外，因为起皱处材料受较大压应力，所W当冲压件（多为用于汽车零部 件的热冲压件)承受载荷时会率先产生疲劳失效进而引发断裂。
[0003] 冲压件起皱的产生受各种因素的影响，例如金属板料的材料性能、零件和模具的 几何形状W及包括压边力、润滑状态在内的其它工艺参数等等。从实际生产情况发现，零件 或模具型面的几何因素是导致起皱的关键。因此，本申请提出一种从冲压零件结构特征的 角度出发来预测及控制冲压零件起皱的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种冲压件起皱的预测及控制方法，它通过建立基于结构 特征要素的起皱预测模型来预测起皱，能简单方便地计算出冲压件的起皱风险，快速预测 冲压件起皱，进而达到在设计阶段对冲压件的起皱进行预判的目的。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 提供一种冲压件起皱的预测及控制方法，包括W下步骤：
[0007] S1、选取具有相似结构特征的多个冲压件作为分析样本；
[000引S2、根据相似结构特征的形状，将各冲压件的相似结构特征进行分解，得到构成各 冲压件相似结构特征的结构特征要素1、2、3、···、η，Κ及各结构特征要素的数量m，i = (l、 2、3、…、η)，各冲压件包含的结构特征要素具有一定交叉性，归纳整理所有结构特征要素；
[0009] S3、建立每个冲压件的冲压有限元模型，模拟各个冲压件的成形过程，得到各冲压 件的起皱值；
[0010] S4、建立起皱准则:各冲压件的应力应变关系是
[0011]
(1)，
[0012] 其中，ει是平面主应变，Ε2是平面次应变，ε*是垂直于板面方向的主应变，R是平均 厚向异性系数，ε 1是等效应变，〇1是等效应力；
[0013] 由于是平行于板面的压应力导致起皱，因此皱纹的产生与次应力02有关，根据公 式(1)得到
[0014]
掛，
[0015] 其中，
，当〇2 = 0时，板料处于单向受拉状态，在成形极限图中是W单 轴拉伸线的形式出现，W此单轴拉伸线作为基本起皱判据，考虑加载历史对起皱的影响W 及几何形状尺寸的影响，得到起皱准则
[0016]
(3) ，
[0017] 其中，P是与曲率有关的系数，Ew。含0，当Ewc = 0时，板料无起皱，当ewc>0时，板料有 起皱趋势，值越大则表明板料起皱趋势越严重；
[0018] S5、构建基于结构特征要素的起皱预测模型：建立各个结构特征要素与起皱之间 的函数关系，假设热冲压梁类零件的起皱趋势与结构特征要素系数之间是简单的正比关 系，满足W下函数关系：
[0019]
(4) -，
[0020] 其中k为比例系数，αι为结构特征要素系数，表示相应的结构特征要素对起皱的贡 献；
[0021] S6、分别将步骤S3中各冲压件的起皱值带入公式(4)，得到各结构特征要素系数之 间的关系，若〇1〉0,则表示对应的结构特征要素对起皱有促进作用，产品设计时削弱该结构 特征要素，若〇1<0，则表示对应的结构特征要素对起皱有减缓作用，产品设计时增强该结构 特征要素，从而控制皱纹的产生。
[0022] 按上述技术方案，步骤S1中，所述分析样本为梁类零件或薄壁类零件。
[0023] 按上述技术方案，步骤S1中，所述分析样本为4个梁类零件，分别为U形件、S形梁、 带法兰的汽车前纵梁内板和汽车Β柱内板。
[0024] 按上述技术方案，步骤S2中，所有结构特征要素包括直壁、曲面侧壁、直顶面、曲顶 面和凸台，分别标记为1、2、3、4、5。
[0025] 按上述技术方案，所述冲压件为冷冲压件、溫冲压件或热冲压件。
[0026] 本发明产生的有益效果是:本发明通过选择具有相似结构特征的多个冲压件作为 分析样本，并对各冲压件的相似结构特征进行分解得到各结构特征要素，使各冲压件包含 的结构特征要素具有一定交叉性，凡是具有该结构特征要素的冲压件均可作为预测对象， 扩大了适用对象的范围，使得本方法具有广泛的适应性;然后通过建立有限元模型模拟得 到各冲压件的起皱值，再根据起皱准则建立基于各结构特征要素的起皱预测模型，通过起 皱值和起皱预测模型分析得到各结构特征要素对起皱的影响，从而可W在冲压件设计阶段 加强或削弱某结构特征要素，达到在设计阶段对冲压件的起皱进行预判的目的。本发明可 w根据起皱预测模型直接评估冲压件起皱的风险，优化了冲压件结构设计，降低了试模次 数，从而降低了设计周期和成本，具有显著的经济性。
【附图说明】
[0027] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0028] 图1是本发明实施例中4个梁类零件的结构示意图；
[0029] 图2是本发明者实施例中汽车B柱内板的冲压有限元模型示意图；
[0030] 图3是本发明实施例中4个梁类零件的起皱模拟结果图；
[0031] 图4是本发明实施例中5个结构特征要素系数的坐标示意图。
[0032] 图中：1-U形件、2-S形梁、3-带法兰的汽车前纵梁内板、4-汽车B柱内板、5-凸模、6- 凹模、7-汽车B柱内板的巧料。
【具体实施方式】
[0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0034] -种冲压件起皱的预测及控制方法，包括W下步骤：
[0035] S1、选取具有相似结构特征的多个冲压件作为分析样本；
[0036] S2、由于所有冲压件的成形方式都是拉延成形，所W根据相似结构特征的形状来 进行分类，将各冲压件的相似结构特征进行分解，得到构成各冲压件相似结构特征的结构 特征要素1、2、3、···、η，Κ及各结构特征要素的数量111，1 = (1、2、3、-'、11)，各冲压件包含的 结构特征要素具有一定交叉性，归纳整理所有结构特征要素；
[0037] S3、建立每个冲压件的冲压有限元模型，模拟各个冲压件的成形过程，得到各冲压 件的起皱值；
[0038] S4、建立起皱准则:各冲压件的应力应变关系是
[0039]
(1)，
[0040] 其中，ει是平面主应变，Ε2是平面次应变，ε*是垂直于板面方向的主应变，R是平均 厚向异性系数，ε 1是等效应变，〇1是等效应力；
[0041] 由于是平行于板面的压应力导致起皱，因此皱纹的产生与次应力02有关，根据公 式(1)得到
[0042]
(2)，
[0043] 其中
，当〇2 = 0时，板料处于单向受拉状态，在成形极限图中是W单 轴拉伸线的形式出现，W此单轴拉伸线作为基本起皱判据，考虑加载历史对起皱的影响W 及几何形状尺寸的影响，得到起皱准则
[0044]
(3)，
[0045] 其中，P是与曲率有关的系数，Ewe > 0，当Ewc = 0时，板料无起皱，当Ewc> 0时，板料有 起皱趋势，值越大则表明板料起皱趋势越严重；
[0046] S5、构建基于结构特征要素的起皱预测模型：建立各个结构特征要素与起皱之间 的函数关系，假设热冲压梁类零件的起皱趋势与结构特征要素系数之间是简单的正比关 系，满足W下函数关系：
[0047]
(4>，
[004引其中k为比例系数，αι为结构特征要素系数，表示相应的结构特征要素对起皱的贡 献；
[0049] S6、分别将步骤S3中各冲压件的起皱值带入公式(4)，得到各结构特征要素系数之 间的关系，若〇1〉0,则表示对应的结构特征要素对起皱有促进作用，产品设计时削弱该结构 特征要素，若〇1<0，则表示对应的结构特征要素对起皱有减缓作用，产品设计时增强该结构 特征要素，从而控制皱纹的产生。
[0050] 本发明中的冲压件可W是冷冲压件、溫冲压件和热冲压件，本发明可W对具有相 似结构特征的梁类零件或薄壁类零件的起皱进行预测及控制，具有广泛的适应性。W下W 热冲压的梁类零件为例，本发明包括W下步骤：