JSTAMP/NV在修邊線展開及自動優化中的應用

岳昊　李彥波

摘要： 概述汽車沖壓件修邊線展開及確定的常用方法，詳細介紹基于JSTAMP/NV提供的修邊線展開及自動優化功能的基本原理和實現方法，并通過實例說明JSTAMP/NV提供的修邊線展開及自動優化解決方案的應用效果.仿真結果與試驗結果吻合良好，表明JSTAMP/NV能幫助用戶解決產品修邊線設計中面臨的難題.

關鍵詞： 汽車沖壓件； 修邊線展開； 自動優化； JSTAMP/NV

中圖分類號： TG386.1文獻標志碼： B

Abstract： The common methods of trimming line unfolding and identification are briefly introduced. The basic principle and implementation method of trimming line unfolding and automatic optimization based on JSTAMP/NV software are detailed. The application effect of trimming line unfolding and automatic optimization solution of JSTAMP/NV is illustrated by an example. The simulation result is consistent with the experimental result， which indicate that JSTAMP/NV can help users to solve the difficult problems of trimming line design.

Key words： automobile stamping part； trimming line unfolding； automatic optimization； JSTAMP/NV

收稿日期： 2015[KG*9〗06[KG*9〗03

作者簡介： 岳昊（1988—），男，安徽淮南人，碩士，研究方向為有限元仿真軟件的開發與應用，（Email）yuehao@gziit.ac.cn0引言

在汽車沖壓件工藝同步工程的成形性分析過程中，修邊工序中修邊線形狀和尺寸的確定是一個重要環節，也是修邊工序中的一個難題.修邊線的正確與否對后序的翻邊工序和整形工序的精度有重要影響.如果修邊線的確定不準確，會給設計工作增加非常大的工作量，需要手工進行反復調整和修改，增加無形的成本，還可能會造成拉深數模模面錯誤，影響沖壓模具的開發周期，甚至會在一定程度上影響整車的開發周期.因此，如何準確快速得到修邊線一直是模具廠和主機廠追求的目標.[13]

1常用的修邊線展開方法概述

針對產品修邊線的確定，技術人員和相關的研究者不斷探索與研究，概括起來主要有3種方法.第一種是傳統方法，主要包括逐次逼近法和基于截面線的幾何展開算法.逐次逼近法也叫試錯法，該方法需要反復試驗、調模、試模，人力和物力消耗大且效率低下.基于截面線的幾何展開算法以截面垂直于翻邊交線的方式對翻邊面和零件工藝補充面取截面線，再將截面線映射到工藝補充面上，并對所有的截面線邊界進行擬合，求得所需的翻邊展開線.該算法人工對產品截面線進行展開并求出修邊線，計算所得修邊線精度不高，費時費力，且受技術人員經驗的影響大.[23]

第二種是利用三維CAD軟件，例如UG和CATIA等對產品截面線進行展開并求取修邊線.該方法雖然準確度高，但是手工繪制工作量大，有的復雜零件需要手工繪制幾百個修邊點，再依次連接才能得到一條準確的修邊線，常常要花費好幾天的時間，操作不方便且自動化程度較低，對技術人員的軟件水平要求較高.因此，很多應用者基于CAD軟件提供二次開發接口，再根據翻邊成形的種類和特點進行修邊線展開的軟件開發，可以實現修邊線的自動生成，不僅可以保證修邊線的精度，而且可大大提高設計工程師的工作效率.[35]

第三種是利用CAE軟件提供的逆算模塊（也叫一步逆成形法），例如JSTAMP/NV的HYSTAMP，AutoformTrim Plus和PamStampInverse模塊等求取修邊線.該方法從給定的最終零件形狀尺寸和過程條件出發，沿著與沖壓成形過程相反的方向求解初始坯料形狀.若已知翻邊后的零件形狀，則可以利用該方法計算翻邊前的零件輪廓，從而獲取修邊線.該方法不僅可以精確地確定修邊線且自動化程度高、對技術人員技能的依賴程度低，很容易使用.[25]

本文詳細介紹如何應用JSTAMP/NV進行修邊線展開及其自動優化.

2基于JSTAMP/NV修邊線展開及自動優化原理介紹一步逆成形法在鈑金成形中的應用主要從求鈑金零件的坯料展開問題開始，現已逐步應用于鈑金件的設計和成形工藝優化設計等方面.[2]對于修邊線的預測（見圖1），輸入最終制品或翻邊后零件數據和修邊前的成形工序的數模，基于逆算法，即可展開獲取修邊工序的修邊線.JSTAMP/NV軟件提供專門用于逆向求解的模塊HYSTAMP，是基于逆向分析方法的一步法求解器.HYSTAMP求解器應用于原始板材線估算即板材展開和快速成形評估分析功能及修邊線展開和回彈分析功能.基于一步逆成形法的修邊線展開具有數據準備簡單、計算速度快的特點，并且能夠在模擬翻邊的同時直接預測三維修邊線的位置，應用修邊線預測功能展開的修邊線實例見圖2，第1步結果顯示為翻邊前制品和生成的修邊線，第2步結果顯示為翻邊后的產品.

a）修邊線展開第1步仿真結果

b）修邊線展開第2步仿真結果

修邊線自動優化原理是利用正反向模擬相結合的方法，先利用逆算法快速確定初始修邊線，再用增量法進行正向模擬修正，可以較快地實現修邊線的精確設計.具體流程見圖3：首先應用HYSTAMP逆向求解器快速逆算得到近似的初始修邊線，然后對產品進行全工序成形模擬.例如，全工序為拉深—修邊—翻邊，在修邊工序中利用逆算法求得修邊線并進行修邊，然后將全工序模擬獲取的制品仿真結果與預期形狀或制品CAD目標形狀進行比較，并根據比較結果修正修邊線，修正后再進行正向模擬，如此反復迭代，直至模擬結果與預期形狀之間的誤差小于接受值.上述迭代過程應用JSTAMP/NV自動完成.

3應用JSTAMP/NV進行修邊線預測及自動優化的設置和實現過程基于HYSTAMP的修邊線預測仿真操作流程見圖4.首先運行JSTAMP/NV，建立項目類型為修邊線預測的文件，導入產品和拉深數模CAD數據并執行網格劃分，然后指定材料屬性和板厚，至此前處理已完成，可以直接提交執行計算.計算結束進入軟件后處理，對仿真結果進行確認并輸出預測的修邊線用于正向模擬仿真的修邊工序.

按照上述操作基于HYSTAMP逆向求解器計算出修邊線后，進行拉深—修邊—翻邊的正向模擬，最終獲取制品的仿真結果，與產品的目標邊界進行對比，發現在局部區域有時存在較大偏差.汽車沖壓件的修邊線的公差一般為±1 mm，要求高的產品公差可能要滿足±0.5 mm.很顯然，使用一步逆成形法展開的修邊線在一定程度上存在偏差，必須經過調整才能滿足要求，這會在一定程度上影響生產成本和周期.[1]為提高展開后修邊線的精度，有必要對展開獲取的初始修邊線進行修正和優化.JSTAMP/NV提供專用于修邊線自動修正的功能.

在執行修邊線自動修正之前的準備工作包括：1）提取目標產品的外形輪廓線；2）使用逆向求解器計算并展開生成初始修邊線，該修邊線是自動優化的對象；3）運行JSTAMP/NV軟件新建一個標準成形仿真分析項目，例如包含拉深—修邊—翻邊3個工序的仿真，并完成計算.運行修邊線自動修正功能，在項目流程面板上右鍵點擊修邊Trim工序，在彈出的快捷菜單中選擇“修邊線自動修正”.修邊線自動修正的設定和計算具體包括：

1）指定展開工序.若修邊工序后只有一個翻邊工序，則軟件默認修邊后的翻邊工序為展開源，若修邊后有好幾個工序，點擊箭頭可選擇需要的工序作為展開源.一般情況，若提取最終產品的外形輪廓線作為對比目標，展開源選擇最后一個工序即可.

2）指定成品外形線.點擊輸入按鈕把事先提取的產品外形輪廓線導入.

3）指定目標誤差容許值或執行優化的最大次數，其設定原則見表1.

4應用實例

進行修邊線展開及自動優化實例的基本信息見圖5.該產品成形包含3個工序：成形、修邊和翻邊，材料為HS590，料厚1 mm.利用JSTAMP/NV對該實例進行修邊線展開及自動優化，獲取的修邊線結果與現場加工的實際修邊線對比見圖6.由此可知：基于HYSTAMP展開的初始修邊線在局部存在一定偏差，經過JSTAMP/NV自動修正優化后獲取的修邊線與現場加工所用的修邊線基本重合，因此，使用修邊線自動修正功能獲取修邊線的精度值得信賴，并可以滿足最終產品的公差要求.

5結束語

在汽車沖壓件開發過程中，產品修邊線設計面臨的問題包括：如何保證修邊線的展開精度、如何確保復雜翻邊區域的可成形性及如何在保證高質量的前提下提高設計效率.隨著技術的進一步發展，出現越來越多的方法和工具可以展開修邊線，方法不同，優缺點也不相同.本文旨在說明借助JSTAMP/NV提供的修邊線展開及自動優化解決方案如何簡單快捷地輸出精度可靠的修邊線，幫助用戶解決產品修邊線設計面臨的難題，有效提高模面制作效率，降低設計成本，進而快速提升企業的競爭力.參考文獻：

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