引言：随着计算机技术的不断进步，复杂钣金件多工序成形仿真技术得到了快速发展。通过建立数学模型，并应用数值计算方法，可以实现对钣金件成形过程进行精确的仿真分析。此外，借助计算机图形学和优化算法等技术，还可以对钣金件的几何形状进行修补和优化，提高产品性能。
一、复杂钣金件多工序成形仿真技术的应用优势
复杂钣金件多工序成形仿真技术在应用的过程中具有多种优势，首先，通过仿真技术，可以对复杂钣金件的多工序成形过程进行全面理论分析和预测。借助计算机模拟，可以准确地预测板料在成形过程中可能出现的应力分布、变形情况等，从而帮助工程师制定合理的工艺参数和成形方案。其次，传统的钣金成形往往需要通过不断修改工艺参数或修模来确定最佳工艺方案，耗费时间长且效率低。而仿真技术可以在计算机上模拟成形过程，通过调整工艺参数、板料材质以及模具结构等因素，快速找到最佳的成形工艺方案，提高生产效率和产品质量。再次，钣金件在成形过程中容易出现缺陷，如皱纹、裂纹等。仿真技术可以模拟成形过程中的应力分布和变形情况，帮助工程师及时发现潜在的缺陷，并通过调整工艺参数和优化设计来预防和消除这些缺陷，提高产品质量。最后，传统的钣金件成形工艺开发周期长且成本高，而仿真技术可以在计算机上进行虚拟试验，减少实际试验的次数和成本。通过模拟不同成形工艺方案的效果，并选择最优方案，可以大幅度缩短钣金件的开发周期，降低开发成本[1]。
二、复杂钣金件多工序成形仿真技术的应用策略
2.1数据获取
数据获取的主要方法包括现场测量和3D扫描。现场测量是通过使用测量工具，如卡尺、量规等，对钣金件的外形、尺寸和几何特征进行直接测量。这种方法相对简单，但对于复杂形状的钣金件来说，可能存在测量误差和不便捷的问题。而3D扫描是通过使用激光或光学传感器等设备，对钣金件进行快速而精确的三维扫描，将其表面几何信息转化为点云数据。这种方法可以获取到更为全面和准确的数据，尤其适用于复杂曲面的钣金件。获取到的数据需要经过处理，以去除噪声和误差，并提高几何模型的精度和可靠性。处理数据的方法主要包括数据滤波、数据平滑和数据修正等。数据滤波是通过应用合适的算法，去除点云数据中的噪声，提高其质量。数据平滑是对点云数据进行平滑处理，使其更加光滑和连续。数据修正则是针对数据中存在的缺陷或错误进行修正，以保证几何模型的完整性和正确性。在数据获取的过程中，还需要考虑钣金件的尺寸精度和几何特征的要求。对于一些关键尺寸和几何特征，可能需要进行多次测量和验证，以确保数据的准确性。同时，还需要注意数据的采样密度和采样点的分布，以保证数据足够详细和准确，能够满足后续仿真分析的需求[2]。
2.2几何重建
在数据获取后，我们需要使用计算机辅助设计（CAD）软件对钣金件进行几何重建，以生成适合进行仿真分析的几何模型。为此，首先，通过点云编辑软件，我们可以对从3D扫描中得到的点云数据进行处理和编辑。这包括数据的清洗、滤波和去除无用数据等。清洗数据是去除数据中可能存在的噪声、异常值和重叠部分，以保证数据的准确性和可靠性。滤波则是对数据进行平滑处理，使其更加连续和光滑。同时，无用数据如扫描设备本身的阴影或遮挡区域也需要被移除，以保证最终的几何模型的完整性。其次，将点云数据转化为三角面片的过程。通过将数据进行分割和连接，形成一系列相邻的三角面片，从而重建钣金件的表面几何形状。在进行三角剖分时，需要考虑到钣金件的曲率变化和尺寸精度要求，以尽可能保持原始表面的准确性和光滑性。最后，进行曲面拟合，对三角面片进行进一步处理和优化，以得到更为精确和光滑的几何模型。通过应用曲面拟合算法，我们可以将邻近的三角面片进行拟合和平滑，消除可能存在的不连续性和瑕疵。在进行几何重建时，需要根据钣金件的复杂几何形状和尺寸精度要求，选择适当的处理方法和算法。同时，还需要定期进行几何模型的验证和调整，以确保模型的准确性和实用性。
2.3几何修补
几何修补可以通过填充孔洞、裂缝和去除无效边和面等方法来实现。其中，填充孔洞是指将几何模型中存在的孔洞用新的面片进行填补，以使几何模型更加完整和连续。裂缝修补则是指通过增加或修改面片的方式来修复几何模型中的裂缝，以使模型更加光滑和连续。同时，在进行几何修补时，还需要注意保持模型的尺寸和曲率等特性，以尽可能保持几何模型的原始形状和精度。除了填补孔洞和修复裂缝外，还需要去除几何模型中的无效边和面等数据，即不能形成3D物体表面的边和面，或者是与其他边和面有冲突的边和面。这些数据可能会使几何模型不连续或存在重叠部分，从而影响后续的仿真分析和工艺规划。在进行几何修补时，需要根据具体的几何缺陷和错误，选择适当的修复方法和算法。同时，还需要对修补后的几何模型进行验证和调整，以保证修补后的模型符合尺寸精度和曲率要求。
2.4几何优化
在工艺建模和仿真分析中，复杂的几何形状可能会导致计算量过大和精度下降。为了提高计算效率和精度，可以将复杂几何形状简化为更简单的几何体，例如通过曲面拟合或直线段近似等方法。这样可以大大减少模型的复杂度，同时保持几何特征的基本形状和尺寸。另一种几何优化方法是拓扑优化。拓扑优化旨在通过调整结构的拓扑形式来优化其性能。在钣金件成形过程中，例如在冲压或折弯过程中，有些区域可能受到较大的应力或变形，而其他区域则相对较少。通过拓扑优化，可以重新设计几何模型的结构，在不改变其功能和尺寸的前提下，调整材料分布和形态，以获得更优的性能。这可以通过添加或移除材料，调整材料的厚度分布或改变零件的几何形状来实现。此外，还可以进行尺寸调整来完成几何优化。在设计过程中，可能需要根据特定要求或工艺限制对几何模型的尺寸进行调整。例如，在冲压成形中，为了保证零件的可制造性和组装性，可能需要对几何模型的尺寸进行微调。为此，通过增加或减少材料的厚度、调整边角的半径或改变曲率等方式来实现。最后，需要将几何模型从CAD软件中导出，并将其转换为有限元分析软件能够识别的格式，例如STL、IGES或STEP等文件格式。这样可以使得几何模型与材料建模、工艺建模和仿真分析等步骤进行有效的数据交换和协同工作。
结束语：复杂钣金件多工序成形仿真技术在提高产品质量、降低成本和加速产品开发周期方面具有重要作用。通过数据获取、几何重建、几何修补和几何优化等关键步骤，可以实现对复杂钣金件成形过程的精确模拟和优化。未来，随着计算机技术和仿真算法的不断进步，该技术将在钣金件制造领域发挥更大的作用。因此，进一步研究和应用该技术具有重要意义。
参考文献：
[1]单家正,张良安,余成龙. S形截面钣金件的多步冲压成形仿真分析[J]. 新乡学院学报,2023,40(06):52-55.
[2]门明良,孟宝,朱宇. 复杂钣金件多工序成形仿真技术[J]. 航空动力,2022,(S1):59-61.
作者简介：贠磊（1990.06—），男，汉族，陕西省兴平市，本科，工程师，研究方向：钣金塑性成形。