一種汽車覆蓋件焊縫反求計算方法
【專利摘要】本發明涉及一種汽車覆蓋件焊縫反求計算方法。不等厚度或者不同材料拼焊板在沖壓成形過程中焊縫線隨著材料的塑性變形而不可避免的出現偏移，本發明提出的汽車覆蓋件焊縫計算方法通過CAE仿真計算，獲取成形后零件上的焊縫線的位置及形狀，與零件設計的焊縫線進行比較，獲取偏差值，并依此構建網格映射模型，應用優化技術反求計算出平板坯料的最佳焊縫線，使得成形后焊縫線相對設計焊縫線偏差最小，從而有效提高汽車覆蓋件沖壓質量。
【專利說明】
一種汽車覆蓋件焊縫反求計算方法
技術領域
[0001]本發明涉及對拼焊汽車覆蓋件成形時焊縫線的反求計算，以控制成形后實際焊縫線與設計焊縫線的位置偏差，可適用于汽車行業中激光拼焊板沖壓成形。
【背景技術】
[0002]激光拼焊板零件在汽車車身領域已獲得廣泛應用，是實現汽車車身輕量化的重要途徑之一。沖壓過程中，平板坯料上的焊縫線會隨板料的塑性變形而出現形狀和位置的變化，產生漂移，最終與產品設計焊縫線產生偏差，因此在沖壓過程中需要控制焊縫線的漂移，使之與設計焊縫線的位置偏差在公差范圍之內。目前控制焊縫線的漂移有兩種方式，一種是通過工藝控制，調整拉延筋約束力及坯料形狀控制最終的焊縫線的形狀和位置精度。由于拉延筋約束力及坯料形狀對沖壓最終的質量會形成很大的影響，因此工藝控制焊縫的方法產生的實際效果是非常有限的。另一種方法是在保證沖壓件質量的前提下，通過調整坯料焊縫線的位置來控制最終成形后焊縫線的漂移，這種方法非常有效，但目前都是通過經驗預先大致確定坯料焊縫線的位置，因此對成形后的焊縫線漂移控制精度沒有保證。鑒于此，本發明提出了一種激光拼焊汽車覆蓋件焊縫反求計算方法，該方法結合沖壓仿真計算與網格映射方法獲取平板坯料的激光焊縫位置，可以有效的提高成形后焊縫線的位置精度。

【發明內容】

[0003]—種汽車覆蓋件焊縫反求計算方法，其特征在于包含以下步驟:
[0004]步驟1:填補產品模型內部孔洞，并將產品上分段的設計焊縫線連接成整體。
[0005]步驟2:設計符合沖壓工藝要求的壓料面和工藝補充面，將產品上的設計焊縫線延長到工藝補充面積壓料面之上形成一條在拉延工藝模型上的完整焊縫線。
[0006]步驟3:提取拉延工藝模型上的完整焊縫線，并離散成系列點，通過有限元計算及網格映射法反求出離散點在平板坯料上對應點的位置，并擬合成曲線，該曲線為坯料上的焊縫線。
[0007]步驟4:以步驟3獲得的焊縫線的平板坯料進行拉延仿真計算，獲得成形后的焊縫線，與設計焊縫線進行偏差比較，并根據這些偏差值對平板坯料上焊縫線的相應點進行反向調整，擬合出平板坯料上新的焊縫線。
[0008]步驟5:再次進行拉延仿真計算，重復步驟4中的偏差檢測。當偏差超出土 2mm時，重復步驟4中的焊縫線反向調整及新的焊縫線的求解。
[0009]步驟6:將最終獲得的平板坯料焊縫線進行直線化處理，使得平板坯料上的焊縫為直線。
[0010]步驟7:應用步驟6獲得的直線焊縫坯料進行仿真分析，比較成形后的焊縫線相對產品焊縫線兩端點的偏差，偏差超過2_時對直線焊縫進行相應的旋轉角度調整。
[0011]步驟8:以步驟7中獲得的直線焊縫進行仿真計算，比較成形后的焊縫線相對產品焊縫線分布的對稱程度，當成形后的焊縫線相對設計焊縫線在兩側的偏差超過2mm時，對直線焊縫進行相應的平行移動。
[0012]進一步的，在步驟I中，產品模型內部孔洞填補光順，焊接線連接時通過橋接方式，保證連接線與產品線光滑相切，且連接線在所填補的孔洞表面上。
[0013]進一步的，在步驟2中，所設計的壓料面和工藝補充面需要通過CAE仿真計算直到符合沖壓質量要求。產品焊縫線兩端按照自然斜率向外延伸，提取投影到工藝補充面和壓料面部分曲線，與產品焊縫線平滑連接獲得需要反求的整體焊縫線。
[0014]進一步的，在步驟3中，提取步驟2中的焊縫線，將線離散成系列點，精度根據弦偏差來控制。通過有限元計算獲得平板坯料網格單元及節點與成形后的網格單元及節點的對應關系，計算出系列離散點相對成形后的網格單元及節點的位置關系，然后將系列離散點映射至平板坯料上并擬合成曲線。
[0015]進一步的，在步驟4中，成形后的焊縫線與設計焊縫線進行比較時采取離散點相對設計焊縫線偏差比較的方式，計算離散點相對設計焊縫線對應點的最近距離即為成形后焊縫線位置偏差。
[0016]進一步的，在步驟6中，曲線的直線化米取最小二乘方法獲得。
[0017]進一步的，在步驟7中，計算獲得設計焊縫線兩端位置節點的偏差值，并比較出差值，根據兩端點之間距離及該差值的一半計算出焊縫線旋轉角度，按此角度對直線焊縫進行旋轉調整，選擇的中心為對應兩端點在平板坯料上的映射點的連線的中點。
[0018]進一步的，在步驟8中，計算成形后焊縫線相對設計焊縫線的左右兩側的最大偏差值，計算出左右兩側最大偏差值的差值，并按該差值的一半對平板坯料上的直線焊縫線反向平行移動。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施的基本原理圖；
[0020]圖2為拼焊板零部件產品設計模型；
[0021 ]圖3為修補孔洞及建立工藝補充型面后的工藝模型圖；
[0022]圖4為提取出來的焊縫線曲線；
[0023]圖5為焊縫線離散為多個點；
[0024]圖6為板料初始焊縫線；
[0025]圖7為反求板料上離散節點擬合為曲線焊縫線；
[0026]圖8為曲線焊縫線調整過程圖；
[0027]圖9為曲線焊縫線進行偏差調整后新曲線焊縫線示意圖；
[0028]圖10為調整后曲線焊縫板料仿真成形后偏差示意圖；
[0029]圖11為曲線焊縫線節點擬合為直線焊縫線示意圖；
[0030]圖12為擬合直線焊縫線板料仿真成形后偏差示意圖；
[0031 ]圖13為直線焊縫線進行角度調整示意圖；
[0032]圖14為直線焊縫線角度調整后板料仿真成形后偏差圖；
[0033]圖15為直線焊縫線偏置調整示意圖；
[0034]圖16為直線焊縫線偏置調整后板料仿真成形后偏差圖；
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對【具體實施方式】進行說明:
[0036]圖1是本發明實施的基本原理圖，圖1(a)中產品設計焊縫線(I)取點離散在初步仿真成形板料有限元模型(2)上進行投影，利用網格映射方法反求出焊縫線在圖1(b)板料(3)上對應的節點位置，進行曲線擬合調整、直線化及角度偏置調整后得到圖1(b)新的焊縫線
(4)，圖1(b)為未經優化調整的焊縫線(5);
[0037]圖2為某拼焊板零件產品設計模型，由0.7mm及1.4mm厚的兩塊鋼板拼焊而成，該零件中間為孔洞，產品的設計焊縫線為兩段。
[0038]圖3為孔洞修補并添加了工藝補充面的沖壓工藝模型，此時焊縫線形成了一條連續的曲線，且長度進行了延伸。從圖3中提取出連線的焊縫線如圖4所示，并對圖4的焊縫線進行離散，獲得圖5所示的40個離散點。
[0039]圖6為初始焊縫線，根據設計焊縫線位置在板料上平面投影位置作為初始焊縫線。此為傳統方法控制焊縫線漂移的焊縫線。
[0040]圖7為網格映射法反求板料上焊縫線系列離散節點后，依據最小二乘法原則擬合為曲線，得到平板坯料上的曲線焊縫線。
[0041]圖8曲線焊縫線進行仿真成形，將成形后焊縫線節點N1,N2,N3,N4,…化，…與設計焊縫線對應位置節點Nqi ,Νο2 ,Νο3 ,Νο4, -..Νο?，…進項比較，測量其距尚為Δ ι，Δ 2，Δ 3, Δ 4，…A i，…，將原板料上曲線焊縫線對應節點Nb1，Nb2，Nb3，Nb4，…NBi，…向偏差方向調整
A3, /^，…▲!，…得到新的節點仏^^抑少’隊…^^^通過調整在曲線階段提高焊縫線的位置精度，且可以彌補工藝補充面部分焊縫線處理引起的誤差。
[0042]圖9為曲線焊縫線進行偏差調整后新曲線焊縫線示意圖，根據實際焊縫線節點位置與設計位置之間偏差進行反向調整，新的焊縫線節點擬合得到位置精度更高的曲線焊縫線。經過三次調整后，沖壓仿真計算獲得沖壓件的焊縫與設計焊縫之間的最大偏差為由最初的4.33mm調整到到0.95_，如圖10所示。
[0043]由于平板坯料上的焊縫均為直線焊縫，接下來需要將平板坯料上的曲線焊縫進行直線化處理。圖11為曲線焊縫線節點轉化為直線焊縫線示意圖，采用最小二乘法。
[0044]以直線焊縫進行仿真計算，獲得圖12所示結果，從圖可以看出，焊縫的偏差在兩端不均衡，一端為2.35_，另一端為8.12_，因此需要對直線焊縫進行旋轉角度調整。
[0045]圖13為直線焊縫線進行角度調整示意圖，根據兩端點之間距離及該差值的一半計算出焊縫線旋轉角度為1.30度，按此角度對直線焊縫進行旋轉調整，選擇的中心為對應兩端點在平板坯料上的映射點的連線的中點，旋轉調整后獲得新的直線焊縫線。再次以旋轉調整后的新的直線焊縫坯料進行仿真計算，獲得圖14所示焊縫線偏差結果，通過與設計焊縫比較可以看出仿真后的焊縫與設計焊縫的偏差左右不均衡，左邊偏差為10.56_，右邊偏差為6.09mm，因此需要對平板坯料進行整體偏置。
[0046]圖15為平板坯料直線焊縫線整體偏置調整示意圖，將平板坯料上的直線焊縫線往左(右)偏置，偏置量為左右偏差的差值的一半，即2.24_，得到偏置調整的直線焊縫線。
[0047]圖16為焊縫線偏置后成形仿真結果圖，此時成形后的焊縫線相對零件設計焊縫線的最大偏差為8.35mm，左右及兩端點的偏差均衡。
[0048]以上所舉實例僅為本發明的優選實例，大凡依本發明權利要求及發明說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應屬本發明專利覆蓋的范圍。
【主權項】
1.一種汽車覆蓋件焊縫反求計算方法，其特征在于包含以下步驟: 步驟1:填補產品模型內部孔洞，并將產品上分段的產品焊縫線連接成整體； 步驟2:設計符合沖壓工藝要求的壓料面和工藝補充面，將延長到工藝補充面積壓料面之上形成一條在拉延工藝模型上的完整焊縫線； 步驟3:提取拉延工藝模型上的完整焊縫線，并離散成系列點，通過有限元計算及網格映射法反求出離散點在平板坯料上對應點的位置，并擬合成曲線，該曲線為坯料上的焊縫線； 步驟4:以步驟3獲得的坯料上的焊縫線進行拉延仿真計算，獲得成形后的焊縫線，與產品焊縫線進行偏差比較，并根據這些偏差值對平板坯料上的焊縫線的相應點進行反向調整，擬合出平板坯料上新的焊縫線； 步驟5:再次進行拉延仿真計算，重復步驟4中的偏差檢測，當偏差超出2mm時，重復步驟4中的焊縫線反向調整及新的焊縫線的求解； 步驟6:將最終獲得的平板坯料焊縫線進行直線化處理，獲得直線焊縫坯料； 步驟7:應用步驟6獲得的直線焊縫坯料進行仿真分析，比較成形后的焊縫線相對產品焊縫線兩端點處的偏差，偏差超過2_時對直線焊縫進行相應的旋轉角度調整； 步驟8:以步驟7中獲得的直線焊縫進行仿真計算，比較成形后的焊縫線相對產品焊縫線分布的對稱程度，成形后的焊縫線相對產品焊縫線軸線兩側的偏差超過2mm時，對直線焊縫進行相應的平行移動。2.如權利要求1所述計算方法，其特征在于步驟I中，產品模型內部孔洞填補光順，焊接線連接時通過橋接方式，且連接線在所填補的孔洞表面上。3.如權利要求1所述計算方法，其特征在于步驟2中，所設計的壓料面和工藝補充面需要通過CAE仿真計算直到符合沖壓質量要求，產品焊縫線兩端按照自然斜率向外延伸，提取投影到工藝補充面和壓料面部分曲線，與產品焊縫線平滑連接獲得需要反求的板料上的完整焊縫線。4.如權利要求1所述計算方法，其特征在于步驟3中，提取步驟2中的焊縫線，將線離散成系列點，精度根據弦偏差來控制;通過有限元計算獲得平板坯料網格單元及節點與成形后的網格單元及節點的對應關系，計算出系列離散點相對成形后的網格單元及節點的位置關系，然后將系列離散點映射至平板坯料上并擬合成曲線。5.如權利要求1所述計算方法，其特征在于步驟4中，成形后的焊縫線與設計焊縫線進行比較時采取離散點相對設計焊縫線偏差比較的方式，計算離散點相對設計焊縫線對應點的最近距離即為成形后焊縫線位置偏差。6.如權利要求1所述計算方法，其特征在于步驟6中，曲線的直線化采取最小二乘方法獲得。7.如權利要求1所述計算方法，其特征在于步驟7中，計算獲得兩端點的偏差值，并比較出差值，根據兩端點之間距離及該差值的一半計算出焊縫線旋轉角度，按此角度對直線焊縫進行旋轉調整，選擇的中心為對應兩端點在平板坯料上的映射點的連線的中點。8.如權利要求1所述計算方法，其特征在于步驟8中，計算成形后焊縫線相對產品焊縫線的左右兩側的最大偏差值，計算出左右兩側最大偏差值的差值，并按該差值的一半對平板坯料上的直線焊縫線反向平行移動。
【文檔編號】G05B17/02GK106054666SQ201610368582
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】龔志輝, 趙樹武, 劉福強, 古惠南, 鐘劍, 石建兵
【申請人】湖南大學