激光切割修邊線的優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種激光切割修邊線的優化方法，充分考慮修邊過程板料的卸載回彈過程，模擬時在修邊過程中進行回彈計算，然后將回彈計算結果作為后一段修邊的輸入，來進行后段修邊過程的數值模擬，遵循“修邊→卸載回彈→修邊”這一過程，基于有限元變路徑迭代來實現修邊線的計算，通過多次迭代，從而提高板料修邊模擬的精度，對其過程進行分析優化得出考慮實時回彈的更符合實際生產精度的修邊線。本發明是一種修邊精度高的激光切割修邊線的優化方法。
【專利說明】
激光切割修邊線的優化方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種修邊線的優化方法，特別是涉及一種激光切割修邊線的優化方法。
【背景技術】
[0002]對于修邊線的確定的研究上，王昶等采用UG二次開發工具自動確定車身覆蓋件拉深模具修邊線。Y I等提出了基于一步成形方法對修邊線的優化方法。這些研究對于提高修邊線精度有著深遠的影響，但均是將修邊看作是一個瞬時的過程，并未考慮實時回彈對修邊精度的影響。在樣車制造或是小批量制件生產試驗過程中，一般采用激光切割替代修邊模具來對零件進行修邊處理，由于激光切割過程中，應力應變的釋放和產品形狀特征的變化都將引起實時的回彈，導致激光切割過程中工件位置發生變化，致使激光切割至產品末端時制件與設計零件產生較大的誤差。
[0003]通常我們在模擬板料的激光修邊過程時，都忽略了切割過程中板料的回彈，即忽略了板料在被切割時的實時應力應變，而板料的回彈計算精度與其變形歷史密切相關。那么忽略實時的回彈勢必影響最終的產品修邊精度，對于修邊工序而言，當對每一段修邊線進行切割時，勢必會因為形狀結構變化和應力應變釋放，影響后續修邊時的回彈值，從而影響修邊線的準確性。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種修邊精度高的激光切割修邊線的優化方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供的激光切割修邊線的優化方法，充分考慮修邊過程板料的卸載回彈過程，模擬時在修邊過程中進行回彈計算，然后將回彈計算結果作為后一段修邊的輸入，來進行后段修邊過程的數值模擬，遵循“修邊—卸載回彈—修邊”這一過程，基于有限元變路徑迭代來實現修邊線的計算，通過多次迭代，從而提高板料修邊模擬的精度，對其過程進行分析優化得出考慮實時回彈的更符合實際生產精度的修邊線。
[0006]具體過程可分為五步:
[0007](I)、將工件整個修邊過程分段處理；
[0008](2)、從第一段修邊開始，計算修邊后回彈；
[0009](3)、在此回彈基礎上，開始下一段修邊，以此類推將零件整個激光切割過程分段完成;
[0010](4)、運用有限元仿真技術分別對每一段修邊線進行迭代精確計算，得到多段不連續的曲線；
[0011](5)、對各段曲線進行優化處理，得到最終激光切割線。
[0012]上述步驟(5)所述的優化處理是指:采用修邊線降噪、分段分析、非必要控制節點過濾優化控制節點的方法，對連接點處轉折曲線段上的噪點進行優化處理，減少噪點后進行橋接光順，最終得到較光順的修邊線。
[0013]采用上述技術方案的光切割修邊線的優化方法，充分考慮了修邊過程板料的卸載回彈過程，模擬時在修邊過程中進行回彈計算，然后將回彈計算結果作為后一段修邊的輸入，來進行后段修邊過程的數值模擬，該模擬過程與實際沖壓過程是一致的，遵循“修邊—卸載回彈—修邊”這一過程，從而提高了板料修邊模擬的精度，對其過程進行分析優化得出考慮實時回彈的更符合實際生產精度的修邊線。
[0014]考慮到在回彈過程中，最終形成的輪廓線是由回彈前的輪廓線，即修邊線經過變形后所形成的，因此問題可以轉化為求解這樣一條修邊線，使得回彈后形成的輪廓線經過整形處理后與產品輪廓線一致。本文從提出了一種基于有限元變路徑迭代來實現修邊線的計算，通過多次迭代，該方法可以實現修邊線的考慮回彈精確計算。
[0015]發明的優點和積極效果:
[0016]針對激光修邊過程中的實時回彈現象，分段對修邊輪廓進行計算分析，相對于已有的修邊線計算方法方法具有一定的優越性。激光切邊過程中，制件的回彈過程并不是瞬時的，現有的計算方案都沒有充分考慮整個切割過程中材料實時的流動特征以及激光修邊過程的真實回彈情況，隨著切邊的進行，模擬計算出來的產品邊界常常與實際設計邊界產生一定的偏差。而傳統的人工試錯法又耗費大量的時間和精力。本文所提出新型修邊計算理論與方法從一定程度上解決了模具設計中的一大重要技術難題。在提高修邊精度的問題上具有一定的參考價值和指導作用。
[0017]綜上所述，本發明是一種修邊精度高的激光切割修邊線的優化方法。
【附圖說明】
[0018]圖1是產品造型圖。
[0019]圖2是分塊方案示意圖。
[0020]圖3是修邊方案圖。
[0021]圖4是第一步回彈結果示意圖。
[0022 ]圖5是優化得出的四條曲線圖。
[0023]圖6是四種方案修邊的誤差對比圖。
[0024]圖7是考慮實時回彈的兩種不同的修邊順序的誤差結果對比圖。
[0025]圖8是優化前后誤差結果對比圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0027]實施例:
[0028]汽車頂蓋一號橫梁由于拉延時兩端工藝補充部分較大，而且此處修邊形狀并不整齊，以及本次研究的制件為不等料厚零件，這樣造成修邊時因為先后問題，兩端頭部分和中部回彈量因為其余部位應力應變的釋放而出現與目前一步修邊的模擬仿真回彈結果出現分歧，實際生產中這種回彈將會影響修邊線的準確性。某汽車頂蓋一號橫梁的零件形狀如圖1所示，零件左右對稱，利用CAE軟件對頂蓋一號橫梁修邊后工件進行回彈分析。零件的最大回彈量為1.52_。
[0029]將零件分為四個區域，分段進行修邊線計算，如圖2所示。
[0030]當對零件進行修邊后回彈計算時，可以發現當單獨切開區域一時，如圖3所示，零件的最大回彈量為2.47mm，回彈后，此時的偏差較之前發生了較大變化，這種情況下，修邊線的確立應發生相應的更改才能更加符合實際情況從而得到更精確的修邊線。
[0031]運用有限元變路徑迭代法對分布修邊各段的修邊線進行分別的優化計算。
[0032]應用變形路徑迭代方法并充分考慮零件的回彈過程，將修邊線分段進行回彈后補償模擬分析，運用有限元迭代法分別分析每段修邊線的補償量，并考慮其對之后回彈及修邊線的影響。經過迭代運算，可以得到區域二的優化修邊線。將前兩段優化曲線設置為出時修邊曲線，運用有限元迭代法分別分析第三段修邊線的補償量，并考慮其對之后回彈及修邊線的影響。便可繼續計算區域三的優化修邊線。以此類推。可得到圖5所示分段的四條曲線段。
[0033]對其進行擬合，并使之光順，將此方案得到的最終產品經過整形處理得到的邊界線與原產品邊界線進行對比，計算其誤差。并對方案二做類似運算，同時考慮現有一般工程方案中不考慮實時回彈的修邊誤差，同時選取多個關鍵點進行誤差分析。
[0034]制定四種比較方案:如圖3所示:
[0035]方案一:考慮實時回彈時沿該制件順時針方向開始修邊；
[0036]方案二:考慮實時回彈時沿該制件逆時針方向開時修邊；
[0037]方案三:不考慮實時回彈時沿該制件順時針方向開時修邊；
[0038]方案四:不考慮實時回彈時沿該制件順時針方向開時修邊；
[0039]將各個數據點位置與設計產品邊界進行對比可以得出誤差大小，四種方案的誤差圖如圖6所示，四種方案的誤差對比圖，同時，對比考慮了實時回彈的兩種不同的修邊方向的修邊方案，可以得到如圖7所示考慮實時回彈的兩種不同的修邊順序的誤差結果對比圖。
[0040]四種方案相比，在某些部位存在明顯的差異，對得到最終的成形零件與設計零件誤差分析可知，考慮實時回彈后更符合實際生產制造情況，能夠減少誤差，提高產品精度。經過分析可知方案一和方案二在考慮了實時回彈的情況下，誤差最大值為0.16mm，較不考慮實時回彈的情況下精確度有了較大的提升，從而驗證了分步的有限元變路徑迭代法在優化修邊線方面的實用性。
[0041]此外，通過對比方案一與方案二的結果，可知不同修邊順序下，考慮實時修邊回彈也會得到不同的結果，這是因為產品的形態特點所致，由于該試驗制件形態主體呈長條狀，且中間低，兩端高，導致修邊回彈時兩端的回彈量較中部偏小，方案一采用逆時針方向即先對產品兩端進行修邊計算，充分考慮中部的修邊回彈對之后修編的影響，進而能得到更精確的結果。將此次優化后所得的修邊線作為最終的實際生產時零件修邊時的修邊線，所得最終結果如圖8所示，經現場掃描產品邊界，并將得到的掃描點數據與設計邊界進行對比，相較于未優化的修邊線，工件邊界有著良好的精度。誤差比較如圖8所示。
[0042]對于分塊處理后得到的非閉合的多段修邊線，分塊鏈接部分之間的修邊線必然會存在間斷或是轉折。另外，修邊模型中連接部分也常存在轉折，為了解決這種實際應用難題，提出修邊線降噪、分段分析、非必要控制節點過濾等優化控制節點的方法，對連接點處轉折曲線段上的噪點進行優化處理，減少噪點后進行橋接光順，最終得到較光順的修邊線。
【主權項】
1.一種激光切割修邊線的優化方法，其特征是:充分考慮修邊過程板料的卸載回彈過程，模擬時在修邊過程中進行回彈計算，然后將回彈計算結果作為后一段修邊的輸入，來進行后段修邊過程的數值模擬，遵循“修邊4卸載回彈—修邊”這一過程，基于有限元變路徑迭代來實現修邊線的計算，通過多次迭代，從而提高板料修邊模擬的精度，對其過程進行分析優化得出考慮實時回彈的更符合實際生產精度的修邊線。2.根據權利要求1所述的激光切割修邊線的優化方法，其特征是:具體過程可分為五步: (1)、將工件整個修邊過程分段處理； (2)、從第一段修邊開始，計算修邊后回彈； (3)、在此回彈基礎上，開始下一段修邊，以此類推將零件整個激光切割過程分段完成； (4)、運用有限元仿真技術分別對每一段修邊線進行迭代精確計算，得到多段不連續的曲線； (5)、對各段曲線進行優化處理，得到最終激光切割線。3.根據權利要求2所述的激光切割修邊線的優化方法，其特征是:上述步驟(5)所述的優化處理是指:采用修邊線降噪、分段分析、非必要控制節點過濾優化控制節點的方法，對連接點處轉折曲線段上的噪點進行優化處理，減少噪點后進行橋接光順，最終得到較光順的修邊線。
【文檔編號】B23K26/38GK106001933SQ201610307061
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】謝暉, 孟騰逸
【申請人】湖南大捷智能裝備有限公司