模具型面的设计方法及覆盖件模具

本发明提供了一种模具型面的设计方法及覆盖件模具，以解决现有技术中存在的模具型面的预先补偿精度低的技术问题。所述模具型面的设计方法，包括以下步骤：1)模具在冲压力下的弹性变形量的计算；2)基于模具变形有限元计算网格节点点云的提取和耦合；3)基于有限元计算精细模面生成。所述模具型面的设计方法用于设计覆盖件模具且提高模具型面的预先补偿精度。

1.一种模具型面的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)模具在冲压力下的弹性变形量的计算：
首先建立成形零件的有限元CAD数字模型，并将所述CAD数字模型的结构进行简化，然
后利用Unigraphics NX软件对简化后的所述CAD数字模型进行实体网格划分，最后利用
LS－DYNA软件对简化后的所述CAD数字模型进行在冲压力下的弹性变形量计算；
2)基于模具变形有限元计算网格节点点云的提取和耦合：首先对所述CAD数字模型在
成形压力下弹性变形有限元计算得到的有限元网格的所述CAD数字模型的工作型面进行节
点坐标、网格节点点云的提取，其次根据网格分布情况确定工作型面节点坐标、网格节点点
云提取后的所述CAD数字模型的工作型面的反向补偿法线方向和反向节点移动数值，再次
确定网格节点的投影，最后对补偿后的所述CAD数字模型的工作型面进行网格节点合并且
得到一致性点云；
3)基于有限元计算精细模面生成：利用Geomagic Studio软件将所述CAD数字模型的工
作型面获得的一致性点云进行非均匀有理B样条拟合，并建立基于有限元计算耦合点云的
精细模面。
2.根据权利要求1所述的模具型面的设计方法，其特征在于，在步骤2)中，利用LS－
DYNA软件对网格划分后的所述CAD数字模型的工作型面进行有限元数值模拟计算并得到
DYNAIN文件，通过坐标系平面分块算法，沿所述CAD数字模型的工作型面的高度方向获取边
长为1mm方格范围内，利用最近邻点插值法计算得到每一个1mm方格四节点的空间坐标值，
获取由以上1mm方格节点组成所述CAD数字模型的工作型面的有限元网格节点点云。
3.根据权利要求2所述的模具型面的设计方法，其特征在于，在步骤2)中，以所述CAD数
字模型的凹模原始未变形数字型面为基准，采用边长为1mm方格区域的划分方法，将每一个
四边形小区域继续划分为两个三角形，以每个三角形的法线方向作为补偿法线方向，其中，
所述补偿法线方向是补偿方向的法线方向。
4.根据权利要求3所述的模具型面的设计方法，其特征在于，在步骤2)中，分别对所述
CAD数字模型的凸模的工作型面、凹模的工作型面及压边圈的工作型面的有限元网格节点
点云利用坐标系平面分块算法，在每个1mm三角形区域内，按照补偿方向并根据所述CAD数
字模型的工作型面的有限元计算结果得到相应工作型面的每个节点的总位移，在所述补偿
法线方向上进行反向补偿，获得各自的节点空间位置，最终获得包含补偿信息的一致性点
云。
5.根据权利要求1所述的模具型面的设计方法，其特征在于，在步骤1)中，分析成形零
件的有限元所述CAD数字模型，然后将所述CAD数字模型的主结构中的非传递力结构和零部
件进行直接删除，将所述CAD数字模型中的部分传递力结构进行简化；
利用Unigraphics NX软件的高级仿真模块对简化后的所述CAD数字模型进行四节点四
面体三维实体网格划分，并根据三维曲面轮廓进行自适应网格加密，得到所述CAD数字模型
的三维网格，再设计两块模拟冲压机床上下台面的盖板，两块所述盖板的尺寸分别大于所
述CAD数字模型的上底面、下底面，并对两块所述盖板进行边长为25mm四节点四面体三维实
体网格划分，且分别导出每个部件的网格信息K文件；
首先利用ls－prepost软件进行不同部件K文件的有限元网格装配，得到完整的有限元
计算模型，上底板和下底板均设置为刚体，其他部件均设置为柔性体，再进行K文件前处理
信息编程，根据模拟的实际冲压条件加载成形力，并使下底板保持静止，上底板线性加载冲
压成形力，最后控制加载时间为1s，提交LS－DYNA软件进行有限元数值模拟计算。
6.根据权利要求5所述的模具型面的设计方法，其特征在于，网格边长最大为25mm，最
小为0.5mm。
7.根据权利要求1所述的模具型面的设计方法，其特征在于，在步骤3)中，根据获得的
包含补偿信息的一致性点云，利用曲面设计软件分析所述CAD数字模型的工作型面的一致
性点云与所述CAD数字模型的原始曲面的面差分析结果，以所述CAD数字模型的工作型面边
界点为B曲面的起始和终了端点，沿垂直于所述CAD数字模型的工作型面的边界方向且间距
为2mm设计非均匀有理B样条曲线。
8.根据权利要求7所述的模具型面的设计方法，其特征在于，在步骤3)中，根据相邻的
非均匀有理B样条曲线生成B样条曲面片，并对所述B样条曲面片进行二阶连续可微曲面连
接，最终建立生成包含补偿信息的一致性点云的曲面一。
9.根据权利要求1所述的模具型面的设计方法，其特征在于，在步骤3)中，利用曲面造
型软件，将曲面一的工作型面投影几何中心作为最大点，以所述曲面一的工作型面的几何
中心为圆心，以所述曲面一的工作型面投影图形的最大内切圆为边界，沿冲压方向向凸模
方向做0.1mm的均匀隆起变形，获得最终的精细模面—曲面二。
10.一种覆盖件模具，其特征在于，包括如权利要求1－9任一项所述的模具型面的设计
方法。