基于汽车梁类件的回弹计算及补偿系统

的【Ⅻ。
汽车梁类件的特点是整体结构相对简单，各个 断面形状相似，基本上为类Ｕ形断面。零件生产时 常常遇到的问题就是修边后两侧壁的回弹、扭曲， 而且不易解决。
针对汽车梁类件造型的特点，通过利用二维截 面法来计算截面回弹量，再开发截面补偿算法来对 节点进行回弹补偿，最后开发整体型面变形算法来 对补偿型面进行修改来建立一个基于梁类件回弹计 算、回弹补偿及补偿型面修改的整套系统。
ｒｅｓｕｌｔｓ Ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｎｏｄｅｓ Ｃａｎ ｂｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｂｙ ｎｏｄｅ－ｏｆｆｓｅｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｏｄｅｓ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｅｆｏｒｅ ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ ａｎｄ ａＲｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｂｅ ｃａｌｌ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｉｒｄｌｇ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｎｏｄｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｓｈａｐｅ ｇｌｏｂａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＳＧＤ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ．１１１ｉｓ ｍｅｔｈｏｄ Ｃａｎ ｅｎｓｕｅ ｔｈｅ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｃｕｒｖｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ
回弹计算及补偿系统的关键在于以下三方面： ①回弹计算值的准确性：②根据回弹值，对节点
图２梁类件断面示意图
首先考虑其坐标值。对所有节点中Ｚｌ—Ｚｏ的绝 对值小于０．１ ｍｍ的节点设置一个节点集ＳＥＴｌ。 ＳＥＴｌ中主要是顶面和两侧面的节点。Ｚｌ—ｚｏ的绝对
值大于Ｏ．１衄的节点设置一个节点集ＳＥＴ２。ＳＥＴ２
４５卷第７期 ２００９年７月
机械工程学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＩＵＮＧ
Ｖ０１．４５ Ｊｕｌ．
Ｎｏ．７ ２００９
ＤｏＩ：１０．３９０１，ＪＭ［Ｅ．２００９．０７．１９４
基于汽车梁类件的回弹计算及补偿系统木
聂 昕１ 成艾国１ 申丹凤２钟志华１
（１．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙４１００８２： ２．上海宏旭模具工业有限公司上海２０１６１ １）
Ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒａｉｌ Ｍｅｍｂｅｒ Ｐａｎｅｌ
ＮＩＥ Ｘｉｎｌ ＣＨＥＮＧ Ａｉｇｕ０１ ＳＨＥＮ Ｄａｎｆｅｎ９２ ＺＨＯＮＧ Ｚｈｉｈｕａｌ （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｂｏｄｙ，
图ｌ解决板件回弹问题的系统流程
整个回弹计算及补偿系统的思路是：首先进行 板件的回弹计算，由于梁类件的特殊性，可以采用 二维截面法来进行回弹计算；然后运用节点偏置算 法对各个断面进行节点补偿，保证一一对应关系； 最后根据原始数模型面，采用型面整体变形算法 （Ｓｈａｐｅ ｇｌｏｂａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＳＧＤ），对零件进行回弹补 偿面的修改，从而生成精度高、质量好的曲面。
摘要：板件回弹问题一直是学术界和工程界研究的热点，特别是在车身广泛应用高强度钢板之后回弹问题更加明显。针对汽 车梁类件的造型特点，建立基于梁类件的回弹计算、回弹补偿及工艺型面修改的整套分析系统。在此系统中，先利用二维截 面法和有限元软件来计算零件各断面的回弹量，保证其回弹计算的精确性。再通过节点偏置算法来补偿各断面节点的回弹量， 得到各断面回弹前和补偿后的节点信息。最后按照各个断面回弹前和补偿后的节点的一一对应关系，以原始型面为基础，运 用型面整体变形（Ｓｈａｐｅ ｇｌｏｂａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＳＧＤ）算法来对零件的工艺型面进行补偿修改。能够保证变形前后的型面整体拓扑 关系的一致性，极大地保证曲面的质量和光顺程度，以便得到更为精确的回弹补偿型面。实践证明，该系统能够很大程度节 省处理回弹问题的时间和精力，并且在补偿型面的修改精度上有较大的提高，回弹补偿更加准确。 关键词：梁类件 回弹计算及补偿系统二维截面法节点偏置算法型面整体变形算法 中图分类号：ＴＧｌ５６
节点坐标为Ⅳｌ电Ｉ’ＹＩ，Ｚ１），则ｘｏ＞ｘｌ。所以，回弹补 偿后的节点坐标为Ⅳ２叫，（２Ｘｏ—ｘ１）’Ｙｏ，２ｚｏ—Ｚ１）。
通过以上偏置算法就可以实现节点的偏置，对 断面上的回弹进行补偿。 １．４运用ＳＧＤ算法对型面进行修改
对各断面节点进行了偏置补偿后，就需要对模 具型面进行修改。以前进行节点的回弹补偿后，需 要手工对型面进行修改，或者通过逆向工程反求曲 面，这样不仅耗时、难度大、曲面质量不高，而且 不能保证光顺性，特别对于曲面质量要求比较高的 零件如车身外观件很难达到要求。
自主开发的节点偏置算法是通过应用二维截 面法得到的各断面节点的回弹量，对各节点进行一 定规律的偏置，从而实现回弹补偿。如图２所示， 由于设定了零件的二维断面属于平面应变问题，所 以在Ｙ轴方向（零件的纵向）是没有回弹的。在此， 又做一个假设，由于在ｚ轴方向（冲压方向）的回弹 主要发生在法向方向为Ｚ轴的两凸缘面上，而两侧 壁ｚ向的回弹相比工向（零件的横向）的回弹比较小， 一般最大也只占ｘ向回弹的５％～８％，也就是说没 有什么上跳。所以，对于两侧壁来说，回弹补偿最 主要的是补偿ｘ向位移。由于一般梁类件的标准公 差是±０．５ ｍｍ，为了补偿的简便性，适用于工程实 践，本文也假设忽略了两侧壁在ｚ向的回弹。
ＳＥＴｌ：由于是顶面和两侧壁的节点，由上面的
假设分析，Ｙ、Ｚ向的回弹都不考虑。只需考虑Ｘ轴 方向的回弹。假设在左侧面，回弹前的节点坐标为
Ｎｏ＝（ｘｏ，Ｙｏ，ｚｏ），回弹后的节点坐标为Ⅳｌ＝Ｏｌ，Ｙｌ，ｚＯ， 则ｘｏ＞ｘｌ。所以，回弹补偿后的节点飓气，般２Ｘｏ一工１）， ．蜘，ｚｂ）。
ＳＥＴ２：主要是底面两凸缘面和侧壁底部圆角上 的节点，它们的特点是既有ｚ向的回弹，又有Ｘ向 的回弹。保持坐标系与原整体坐标系一致。所以， 假设回弹前的节点坐标为Ｓｏ＝（ｘｏ，Ｙｏ，ｚｏ），回弹后的
Ｓｈａｐｅ ｇｌｏｂａｌ ｄｅｆｏｎｎａｔｉｏｎ（ＳＧＤ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
０前言
随着汽车厂商从安全性、轻量化等多方面考
·国家高技术研究发展计划（８６３计划，００７ＡＡ０４２００６）、国家重点基础 研究发展计划（９７３计划。２００４ＣＢ７１９４０２）和“十一五”国家科技支 撑计划（２００６ＢＡＦ０２Ａ０２）资助项目。２００８０７２１收到初稿，２００９０２２５收 到修改稿
现在通过自主开发的ＳＧＤ算法进行回弹补偿 型面的修改。该算法基于最小能原理［５ ６１，通过建立 一个变形函数实现整体变形，能够保证其变形前后 型面整体拓扑关系一致性，极大地保证其曲面精度 及光顺程度。
ＳＧＤ算法进行曲面变形修改的过程如下。 （１）导入变形前后的两组特征数据，分属于两 个部件，命名为ｐａｒｔＡ和ｐａｒｔＢ。两组特征数据的数 量必须保持一致。比如有限元计算中回弹前的节点 信息和补偿后的节点信息就属于两个部件，而两个 部件的节点数必须保持一致。 （２）自动搜寻建立从ｐａｒｔＡ到ｐａｒｔＢ的一一对应 的关系。
万方数据
２００９年７月
聂听等：基于汽车梁类件的回弹计算及补偿系统
深入，复杂零件的三维回弹分析结果和补偿方法都 不够理想。
对于二维回弹的研究，一直是学术界研究的热 点。其模型简单、特点鲜明，从以前用解析法到现 在用数值模拟来计算二维回弹，都取得了一些不错 的成绩。经过最近ｌＯ多年的探索，由一些文献和实 际情况可以看出，二维回弹是能够计算较为准确
ｓｙｓｔｅｍ啪ｓａｖｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｃｏｓｔ ｔｏ ａ ｇｒｅａｔ ｅｘｔｅｎｔ ｉｎ ｄｅａｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ ｏｆ ｒａｉｌ ｐａｎｅｌ ａｎｄ ａｌｓｏ ａ ｇｒｅａｔ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ
ｓｕｒｆａｃｅ－ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｃａｌｌ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｒａｉｌ ｍｅｍｂｅｒ ｐａｎｅｌ Ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ２Ｄ ｓｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ Ｎｏｄｅ－ｏｆｆｓｅｔａｌｇｏｒｉｔｈｍ
Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４ １ ００８２； ２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｈｏｒｎｇ Ｓｈｉｕｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１６１１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓ ａｌｗａｙｓ ａ ｈｏｔｓｐｏｔ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ａｃａｄｅｍｉａ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ
பைடு நூலகம்
虑，高强度钢板在车身上的应用比例不断增加，板 件的回弹问题越来越成为学术界和工程界研究的热 门课题。近年来，通过国内外学者的大量实践和理 论性的探索，对于回弹量的计算和回弹补偿的方法
取得了一定的成绩，ＫＡＲＡＦＩＬＬＩＳ掣１１在回弹模具
补偿的数值模拟方面做了大量的工作。李延平等【２】 提出了基于ＲＰ／ＲＴ／ＲＥ技术的金属板料冲压成形回 弹误差补偿系统等，但对回弹问题的研究还需更加
万方数据
机械工程学报
第４５卷第７期
里面主要是底部两端面和侧面下部圆角上的节点。 其中，Ｚｌ代表回弹之后节点的ｚ轴坐标。ｚ０代表回 弹前节点的Ｚ轴坐标。ｚ２代表回弹补偿后节点的ｚ 轴坐标，，为材料系数，与板厚和材料抗拉强度有 关，，为能动控制系数。