论文-基于网格的汽车覆盖件冲压方向自动生成算法.docVIP

基于网格的汽车覆盖件冲压方向自动生成算法 摘要：基于覆盖件网格数据，通过调整网格节点顺序实现法线一致。建立了以冲压方向坐标分量为变量，以初始接触面积最大、拉延深度最小、拉延深度各向均匀为目标函数的数学模型。以冲压方向与网格法线夹角不大于90°为判据，利用单位球面法确定冲压方向可行域。在可行域内，利用遗传算法优化目标函数，自动获得最优冲压方向。根据算法获得的冲压方向指导汽车侧围冲压生产，验证了算法的有效性。 关键词：覆盖件；网格；冲压方向；遗传算法 Automatic algorithm of stamping direction based on mesh for auto-panels Abstract：Consistency of normal was implemented by adjusting nodes order based on mesh datum. Mathematical model which coordinate component of stamping direction is variable, and maximization of initial contact area, minimization and uniformity for different direction of draw depth are objective function were established. Feasible region which the angle between normal and stamping direction less than 90°was calculated depend on unit-sphere method. Optimal stamping direction was obtained automatically by genetic algorithm in the feasible region. The stamping direction was applying during Auto side-frame producing. The validity result was verified. Key words: Panels; Mesh; Stamping direction; Genetic algorithm 0 引言 汽车覆盖件模具CAD工艺设计中，确定冲压方向是非常关键的一步。冲压方向不但影响冲压过程中板料的流动方向和速率，决定能否冲出合格的零件，还直接影响到后续工艺及模具的结构设计[1,2]，因此，快速确定冲压方向的研究具有重要意义。传统的冲压方向确定是通过反复转动零件，直到零件大致满足各项拉延准则，达到所谓最佳位置为止。这种方式完全依赖工艺人员经验，操作过程费时、费力且难以保证精度。很多学者对确定冲压方向进 行了相关研究，算法基本都是利用覆盖件的二维截面数据确定可行域，但在三维简化二维的过程中会出现数据丢失现象，且计算过程中会出现人为干预的情况，影响了计算精度和效率[3-7]。基于网格的覆盖件冲压方向算法，利用零件的网格数据，采用单位球面法在三维空间内确定冲压方向的可行域，借助遗传算法在可行域内自动获得可行的最优冲压方向。整个计算过程无需人为干预，自动完成，速度快，精度高。 1 冲压方向模型 1.1 冲压方向的影响因素 根据汽车覆盖件的成形特点，确定冲压方向时要考虑以下几个方面: (1)没有“负”角。相对冲压方向来说，零件任何单元法向与冲压方向的夹角不能大于90°，否则凸模无法进入“负”角区。 (2)凸模与坯料初始接触面积。接触面积的大小将影响冲压过程平稳性和应力均匀性。 (3)极限拉延深度。对于一定的模具几何条件和坯料在不同的冲压方向下，存在一个极限拉延深度。 (4) 各向拉延深度。影响材料的变形量和各向进料阻力。 1.2 冲压方向目标函数 根据CAD零件结点数据计算零件几何中心，以此作为局部坐标系原点。对于可行域内的冲压方向Zj(j)（初始为轴负方向），生成一系列垂直于冲压方向的等间距平面（间距一般取5mm～10mm），其中截面取零件整体高度的1/40较为合适，零件截面示意图，如图1所示。这样，对于可行域内的每一个Z有： 图1零件截面示意图 （1）凸模与坯料初始接触面积最大 设表示凸模与坯料初始接触面积最大，为单元在上的投影面积。 （2）极限拉延深度最小 设表示冲压件的极限拉延深度最小。 （3）各向拉延深度均匀 设表示冲压件各向拉延深度均匀。 此问题属于多目标优化，需将目标函数统一转化为最大化问题。转化过程为：设；同理设，式中为大于极限拉延深度的任意数值，实际计算时取＝ 500mm。综合考虑各目标函数的权重，将其转化为