板料成形CAE技术与其应用

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板料成型CAE在拉深工艺中的应用

板料成型CAE在拉深工艺中的应用
板料成形ca技术及分析软件可以在产品原型设计阶段进行工件坯料形状预示产品可成形性分析及工艺方案优从而有效地缩短模具设计周期大大减少试模时间帮助企业改进产品质量降低生产成本是由美国eta公司开发的用于板料成形模拟的专用软件包可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期不但具有良包括大量的智能化自动工具可方便地求解各类板料成形问可以预测成形过程中板料的破裂起皱减薄划痕回弹评估板料的成形性能从而为板软件的接口前后处理分析求解等所有功能
讨了 CAE 仿真分析整个过程及其出现的问题, 做出了对应的 工艺参数调整, 实现了零件拉深工艺的优化, 从而节省大量 时间, 提高设计的可靠性。
通过零件的 CAE 仿真分析, 可以预计覆盖件在成形时所 需的各项参数, 较之实际采用压力机进行冲压试验具有其难 以比拟的优越性。目前的 C A E 技术不能完全替代实际冲压试 验过程, CAE 仿真分析技术在不断完善, 随着计算机技术和 有限元理论的进一步发展, CAE 技术将能够更迅速、更真实 地反应冲模成形过程中的各种问题, 从而能够更好地指导生 产实践。
[关键词]板料成型 C A E 分析; 车身模具; 计算机数值模拟; 参数优化
一、引言
板料成形是利用模具对金属板料的冲压加工, 获得质量 轻 、表 面 光 滑 , 造 型 美 观 的 冲 压 件 , 具 有 节 省 材 料 , 效 率 高 和 低 成 本 等 优 点 。在 汽 车 、航 空 模 具 等 行 业 中 占 据 着 重 要 地 位 。 由于板料成形是利用板材的变形得到所需的形状的, 长期以 来, 困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发 设计周期, 特别是对于复杂的板料成形零件无法准确预测成 形的结果, 难预防缺陷的产生, 只能通过经验或类似零件的 现有工艺资料, 通过不断的试模、修模才能成功。某些特殊复 杂的板料成形零件甚至制约了整个产品的开发进度。

板料成形CAE分析

板料成形CAE分析

板料成形CAE分析实验报告班级:学号:姓名:板料成形CAE分析一、实验目的和要求:通过本实验的教学,使学生基本掌握有限元技术在板料塑性成形领域的应用情况,拓宽学生的知识面,开阔视野,使学生对塑性成形过程的数值模拟技术有深刻的理解,预测板料弯曲成形的性能。

二、教学基本要求:学会使用Dynaform数值模拟软件进行板料弯曲成形过程的仿真模拟,对模拟结果具有一定的分析和处理能力。

三、实验内容提要:掌握前处理的关键参数设置,如零件定义、网格划分、模型检查、工具定义、坯料定义、工具定位和移动、工具动画、运行分析。

了解后处理模块对模拟结果的分析,如读入d3plot 文件、动画显示变形和生成动画文件、成形极限图分析、坯料厚度变化分析等。

四、实验步骤1、导入零件模型,保存文件打开下拉菜单File->Import,如图2所示,在F:\dynaform\BLANK_CAE目录下分别导入文件punch.igs,binder.igs,die.igs和blank.igs。

图1 导入文件窗口3、更改零件层名打开下拉菜单Parts->Edit,对应不同的零件更改层名,改好层名后保存文件。

图2 修改层名窗口4、进行网格划分以blinder为例进行说明。

(1)、点击,只选择binder1(红色),点击OK退出。

图3(2)、选择Preprocess—>Element进入如图3界面。

选择,在surf mesh中将max size 改为5.图4 图5(3)、依次选select surfaces—>displayed surf-->0k-->apply,然后依次退出各个页面。

网格化后的零件如图6所示。

图6网格化后的零件4、检查工具。

仍然以binder为例。

(1)、点击preprocess—>model check,出现如图7界面。

图7(2)、点击,选择cursor pick part,点击工具的小格单元,出现如图8界面。

板料成形CAE技术及应用

板料成形CAE技术及应用

板料成形CAE技术及应用第一章:概述板料成形CAE技术是现代制造业中的重要组成部分。

CAE技术是计算机辅助工程技术的简称,可以通过模拟传统的试验方法来预测和优化产品设计的性能,从而提高制造效率。

板料成形是一种常见的加工方法,板料成形CAE技术的应用对于提高产品的质量、降低生产成本具有非常重要的意义。

第二章:板料成形CAE技术的基础理论板料成形CAE技术的基础理论主要包括有限元分析(FEA)和计算流体力学(CFD)两个方面。

其中,有限元分析(FEA)是一种计算方法,它利用计算机对物体进行分割,将其分成小块,从而计算出每个小块的应变和应力,然后再将所有的小块加起来得到整个物体的应力分布。

对于板料成形的分析,需要将板料进行分割,并对每个小块进行单独的分析,然后再分析整个工件的形状和应力分布情况。

此外,计算流体力学(CFD)是一种计算流体行为的方法,利用数学模型模拟出流体运动的过程,在板料成型技术中,主要用于预测流体的流动情况。

第三章:板料成形CAE技术的应用1. 模拟板料成形过程板料成形CAE技术可以模拟板料的成形过程,包括板料弯曲、深冲和拉伸等工艺。

通过模拟模具的运动和板料的变形,可以预测板料成形过程中的应力分布、变形和应变等物理量,进而确定合适的加工参数和模具形状,从而达到优化加工效果的目的。

2. 优化模具设计板料成形CAE技术可以预测模具中的应力分布以及板料成形后的形状,可以优化模具的设计,提高模具的使用寿命和板料成形的质量。

3. 优化板料成形过程中的加工参数板料成形CAE技术可以根据模拟出的加工过程来优化板料成形过程中的加工参数,如板料的温度、压力、速度等,以达到最佳的加工效果,并提高板料成形的质量和效率。

第四章:发展趋势随着计算机技术和数值模拟技术的发展,板料成形CAE技术将会迎来新的发展机遇和挑战。

未来,板料成形CAE技术将不断提高计算精度和效率,同时也将不断拓展其应用范围。

例如,在高腐蚀、高温、高压等极端环境下的板料成形技术中,板料成形CAE技术也将扮演着越来越重要的角色。

CAE分析在板料成型冷冲压模具设计中的应用

CAE分析在板料成型冷冲压模具设计中的应用

CAE分析在板料成型冷冲压模具设计中的应用田乃东(上海电气集团上海电机厂有限公司,上海200240)摘要:目前,衡量国家加工业整体水平的主要指标是模具设计的发展,行业的进一步拓展,需要开发多功能、高效、复杂、大型、长寿、先进的设备。

在模具实际投入生产之前,它可以发现许多问题,然后技术人员可以对其进行分析,并根据CAE分析数据结果合理调整模具设计的实际方案,从而达到缩短模具生产周期的目的。

现主要研究CAE分析在板料成型冷冲压模具设计中的应用情况。

关键词:冷冲压模具;板料成型;CAE数值模拟0引言冲压工艺是金属(塑料)成型的基本手段,提供具有特定形状且可满足特定使用要求的零件。

其机制是:在压力机的作用下,金属(或非金属)板被推过冲模以使结构分离或变形。

通常,由于冲压过程在常温条件下进行,此类冲压也称为“冷冲压”。

冲压加工主要包括三个重要因素:冲压设备、原材料和冲压模具。

原材料通常由金属或非金属板制成;冲压模具涉及冲压操作中的约束,该工具能在冲压过程中限制板材的塑性变形过程,以根据所需部件结构特征加工板材;冲压设备通常是指压力机,其主要提供板变形所需的力。

所谓“数字设计”,即基于先进的理论和方法,使用数字技术作为工具来实现设计过程中对象的数字表达、处理、存储和控制。

随着计算机技术、虚拟仿真技术和数值理论等学科的迅速发展,数字化设计逐渐发展和成熟,其研究和开发已成为各个生产大国关注的热点。

通过计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助分析(CAE)、计算机辅助工艺(CAPP)等先进技术实现数字化产品的设计和开发,能够降低生产成本,并最大限度地缩短开发周期,显著提高新产品商业开发的效率和市场适应性。

1板料冲压成型的缺陷板料冲压受到许多因素的影响和限制,需要解决的主要问题是材料是否可以根据预期的目标变形。

在实际生产中,形状设计的效果通常会受到很多因素影响,材料的起皱、回弹和破裂影响相对较大。

在冲压片材之后,将形成不同水平的材料缺陷,有些缺陷可以忽略,但如果是有特殊要求的组件,这将产生很大的影响。

第十一章材料成形CAD/CAE/CAM的实际应用1

第十一章材料成形CAD/CAE/CAM的实际应用1

铸造工艺课程设计软件
华铸CAD
(二)三维工艺CAD
二维工艺CAD系统虽然可以帮助技术人员甩 掉红蓝铅笔、绘图板,并且习惯于纸面介质 绘制工艺的工程师也可以较快适应CAD方式 的电子绘图。 但是二维工艺CAD的致命缺陷正是它的二维 描述方式,不能为后续的CAE、CAM乃至 RPM提供必要的三维信息。 如果说甩红蓝铅笔、甩绘图板需要二维工艺 CAD的话,那么实现CAD/CAE/CAM一体 化就必须要求铸造工艺CAD的立体化。因此 三维工艺CAD是铸造工艺计算机辅助设计的 必然发展方向。
液态成型工艺CAD根本功能是应能完成工 艺基本要素的设计与绘制(造型)任务,这些 要素包括浇注系统、冒口系统、分型面、 加工余量、起摸斜度、砂芯及芯头、冷铁、 不铸孔、铸造圆角、工艺卡等等,可以顺 利地完成铸造工艺设计。
因为铸造行业的特殊性,液态成型工艺的 标准没有统一,不同国家、不同行业、不 同工厂所采用的标准和习惯都不一致。这 一现状导致了铸造工艺CAD系统的开发极 其困难,普适性问题至今无法彻底解决。 因此,与液态成型CAE、 CAM比较,工艺 CAD发展相对滞后,在实际生产中的应用 还很少。
摆脱这一困境的途径主要有两条: 一是加紧制定铸造行业的技术标准,规范工艺设 计的各个环节; 二是借助于迅速发展的计算机技术,搭建强大、 灵活的铸造工艺CAD系统框架,利用此框架可以 迅速、方便地生成适合于某一行业、某个工厂的 铸造工艺CAD。 就目前而言,第一条途径困难重重,很难制定一 个大家都能接受、可以迅速推广应用的技术标准。 而第二条路线虽然困难也很大,但随着计算机软、 硬件及信息技术的快速进步,会逐步克服掉各种 障碍,使铸造工艺的设计实现“无图纸”化、计 算机化甚至远程网络化。
2、塑性成形CAE 主要是利用有限元技术对塑性成形的应力、 应变进行模拟分析,预测应力集中、开裂、 变形等缺陷。对于热锻过程的模拟还存在着 传热过程和再结晶过程的模拟分析。 3、塑性成形CAM 模具对于塑性成形而言具有非常重要的地位, 因此塑性成形CAM技术主要是研究如何利用 数控、电火花等加工手段,快速、精确地制 造出塑性成形用模具。

模流分析CAE技术在塑料模具设计和制造中的应用

模流分析CAE技术在塑料模具设计和制造中的应用

模流分析!"#技术在塑料模具设计和制造中的应用李红林贺华波费春华刘军孙保寿(宁波大学,浙江宁波!"#$"")摘要:回顾了计算机辅助技术在塑料模具设计和制造中的应用历史。

介绍了模流分析%&’技术的发展和应用状况,对现阶段塑料模具开发中出现的现象进行了分析,并指出应用模流分析%&’技术的必然性。

关键词:模流分析;%&’;塑料模具"计算机辅助技术应用情况及存在的问题计算机辅助技术在塑料模具设计和制造中的应用在国内始于$(世纪)(年代中期,至今已有近$(年的历史,其应用情况大致可归结为两个阶段:(")$(世纪)(年代中期到*(年代中期:这是以计算机代替绘图板为主要标志的二维绘图和设计阶段。

在这个阶段中的典型应用软件是&+,-. %&/、%&0&等,由于这些软件在编辑、修改和查询功能等方面比传统的手工方法要方便得多,有的模具企业还在上述软件基础上针对本企业的具体应用进行了一定程度的二次开发,再加上计算机本身在处理数据方面所固有的高效率和准确性,所以经过此阶段应用后显著提高了塑料模具在二维绘图和设计方面的效率及准确性。

($)$(世纪*(年代后期到现在:这是以%&//%&1应用一体化为主要标志的三维应用阶段。

这个阶段的典型应用软件是+233、45-/’、%31&. ,5-6、1&7,’5%&1和%&0&1’等软件。

此阶段采用三维立体来表达产品、模具成型零件和%6%加工对象,并在一定程度上建立了它们之间的相关性,加上高速加工技术的开始应用,所以达到此应用阶段的企业显著提高了设计和制造过程的直观性、进一步提高了设计结果的准确性和效率、拓宽了对复杂模具零件的加工范围、提高了模具零件的加工效率、并使得一定程度的并行设计和制造成为可能。

经过上述两个阶段之后,模具设计和制造的速度得到了质的飞跃,是不是计算机辅助技术在塑料模具设计和制造中的应用便到此为止呢?不是的话,那下一个应用标志会是什么呢?在回答这个问收稿日期:$((!8(!8$"题之前,先让我们来看看模具企业在达到第二个应用阶段后在商品模具开发中仍存在的现象:企业接到产品图/模型/样品后,经过紧张的设计、工艺、加工、装配到试模后打出首样,这一系列过程对复杂程度一般的模具而言,时间可控制在"个月左右,但从首样到合格产品之间拖的时间太长,有的!个月,有的9个月,甚至合格后产品已被淘汰。

CAE技术在模具设计过程中的并行应用

CAE技术在模具设计过程中的并行应用

CAE技术在模具设计过程中的并行应用newmaker随着模具行业的发展, 计算机辅助工程(CAE)技术已经在塑料模具行业得到越来越广泛的应用。

它通过模拟塑料制品的成型过程,辅助模具设计工程师设计出精确、高效的模具;指导工艺师正确设定生产工艺参数。

在注塑模具行业,CAE 软件能在模具制造之前预测塑料熔体在型腔内的流变行为,因而能提高模具设计质量、降低模具成本、缩短模具制造时间,因而得到注塑模具行业的极大关注。

1 CAE 并行设计1. 1 基本思想以往在模具设计过程中,由于受到CAE工程师技术水平和CAE 软件的限制,CAE 技术主要用于分析、验证模具的结构设计,即结构设计工程师先将模具浇注系统和冷却系统设计完成,然后由CAE 工程师进行CAE 分析,通过流动、保压、变形分析验证浇注系统及冷却系统的可行性。

这样一来,一般周期较长,当设计任务较为繁重时,无法及时完成分析任务,限制了CAE 作用的发挥。

通过不断地实践和经验积累,CAE 工程师提高了自身的技术水平,加之CAE 软件的升级更新,CAE 分析的效率和质量大为提高。

为进一步提高CAE 技术的应用效率,我们在模具设计过程中引入CAE 并行分析,不仅对制品设计进行验证,而且对模具浇注系统及冷却系统进行指导性设计,优化制品及结构设计方案,提高整个设计过程的效率。

1. 2 CAE 设计过程对比传统模具设计过程是制品、结构、数模顺序的设计,见图1。

CAE 分析处于模具结构设计之后,主要是对模具结构设计结果的验证,同时验证制品设计。

当分析结果发现缺陷时,则需反馈给结构或产品部门进行改进,提出改进措施。

但由于时间的滞后,往往会造成设计工作的重复及工作量的增加,影响了模具设计进度。

随着计算机辅助设计技术的发展,以及工程数据库和参数设计的综合运用,并行工程被有效地应用到模具设计过程中,极大地提高了设计效率。

图2 为模具并行设计流程。

CAE 并行设计过程的主要思想是在制品设计中后期通过CAE 的简单分析,验证制品设计的合理性,同时根据制品性能要求优化选择制品材料,根据制品外观要求讨论制品进胶方式和可能出现的制品缺陷等。

板料成形性能及CAE分析

板料成形性能及CAE分析

板料成形性能及CAE分析文献综述引言随着强度的提高,高强度钢板塑性变差、成形难度增加。

对典型高强度钢板,如DP 钢、TRIP 钢和BH 钢等在汽车上的应用情况进行介绍,介绍了目前处在实验测试阶段的TWIP钢,具有许多优良的性能,只是投入生产中还存在一些尚待解决的问题。

对高强度钢板冲压生产时成形性差、回弹严重,以及冲模受力恶劣等常见问题进行了分析,最后对高强度钢板冲压成形性能研究现状和回弹影响因素进行了总结。

结果表明,高强度钢板成形性随材料、模具和工艺参数变化而波动,所以须综合研究三者的影响规律,从而提高高强度钢板的成形性能。

1 高强度钢板在汽车上的应用情况高强度钢板的拉伸强度一般在350MPa 以上,它不但具有较高的拉伸强度,还有较高的屈服点,具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点,在汽车上得到了广泛的应用[1]。

高强度钢板最初主要用于车身的前保险杠和车门抗侧撞梁。

近年来,随着高强度钢板的研制和开发,其成形性、焊接性、疲劳强度和外观质量都有所提高,现在高强度钢板已被广泛用来代替普通钢板制造车身的结构构件和板件[2]。

1. 1 双相钢( DP 钢)DP 钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到,其显微组织主要为铁素体和马氏体,马氏体以岛状弥散分布在铁素体机体上,DP 钢的显微组织示意如图1 所示[3]。

软的铁素体赋予DP钢较低的屈强比、较大的延伸率,具有优良的塑性; 而硬的马氏体则赋予其高的强度。

DP 钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定,其变化范围为5% ~20%,随着马氏体的含量增加,强度线性增加,强度范围为500 ~ 1 200MPa。

目前大量使用的有DP590、DP780,热镀锌合金化DP980 的研发工作正在进行中[4]。

DP 钢具有低屈强比、高加工硬化指数、高烘烤硬化性能、无屈服延伸和室温时效等特点,一般用于需要高强度、高的抗碰撞吸收且也有一定成形要求的汽车零件,如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等。

CAE技术在材料成型及控制工程专业教学中的应用

CAE技术在材料成型及控制工程专业教学中的应用

CAE技术在材料成型及控制工程专业教学中的应用材料成型行业是制造业的核心产业,目前材料成型行业特别是铸造行业对应用型CAE人才的需求迫切。

我校不仅将铸造CAE技术作为一门课程开设,还将CAE技术融入到材料成型及控制工程专业教学的各个环节,提升了教学效果,提高了学生的综合工程能力,是一种有效的应用型人才的培养模式。

CAE技术材料成型及控制工程专业铸造方向材料成型行业是是国民经济发展的支柱产业,是制造业的核心产业。

材料成型及控制工程专业是机械工程类专业,是机械工程与材料科学与工程的交叉专业,是理论性与实践性要求都很高的,宽口径、多方向的专业,主要研究对象是热加工工艺,包含四个主要的专业方向铸造成型、塑性成形、焊接成形、塑件成型。

南阳理工学院是一所地方性应用型本科院校,材料成型及控制工程专业是学校2018年新增的专业,专业开设的初衷就是服务南阳市材料成型行业。

南阳市的材料成型行业发达,其中铸造行业占主导地位,我校材料成型及控制工程专业的办学定位就是以铸造为主,兼顾锻焊及塑件成型。

一、专业培养目标及核心课程由于铸造行业的特殊性,社会急需从事铸造成型及质量控制的技术人员。

企业对于从业技术人员不仅要求掌握材料学科的基础理论知识,如冶金传输原理、材料成型原理等,还要求具备大量机械类专业的基本能力,如模具设计及加工能力。

专业的毕业生主要从事铸造企业的生产过程控制、技术开发、经营管理、贸易营销等方面的工作。

我校材料成型及控制工程专业的培养目标是具备铸造工艺、模具设计和制造知识,具有较强的工程实践能力及创新精神,能在铸造生产第一线,从事合金熔炼、工艺工装的设计制造、技术开发、企业管理和经营销售等方面工作的应用型高级工程技术人才。

专业的核心课程围绕着合格铸件的生产流程开设,主要有《冶金传输基础》、《材料成型原理》、《铸造合金及其熔炼》、《铸造工艺学》、《特种铸造》、《铸造模具设计》等。

二、CAE技术在铸造领域的应用CAE,计算机辅助工程的简称,是利用计算机的数值计算技术对工程问题进行分析的技术,又称为数值模拟技术。

板料成形性能及CAE分析

板料成形性能及CAE分析

第一节 板料成形性基本理论
二、板料成形应力、应变问题
• 从本质上看,板料成形就是在力的作用下使板料产生相应的塑性变 形,所以变形区内的应力状态和变形性质是决定板料成形性质的基本因 素。根据变形区应力状态和变形特点进行的板料成形分类方法,可以把 成形性质相同的成形方法概括成同一个类型并进行体系化的研究。 • 绝大多数板料成形过程中,变形区均处于平面应力状态。通常在板料 表面上不受外力的作用,可以认为垂直于板面方向上的应力为零。使板 料毛坯产生塑性变形的是作用于板面方向上相互垂直的两个主应力。由 于板厚较小,通常都近似地认为这两个主应力在厚度方向上是均匀分布 的:基于这样的分析,可以把所有各种形式的冲压成形中的毛坯变形区 的受力状态与变形特点,在平面应力坐标系中(板料变形应力图)与相应 的两向应变坐标系中(板料变形应变图)以应力与应变坐标决定的位置来 表示。图1-1和图1-2分别简要描述一下板料成形中的应力应变问题,表 示为板料成形应变图与板料成形应力图。把各种应力状态在板料成形应 力图和板料成形应变图中所处的位置以及两个图的对应关系列于表11,表(1-2)中列出了伸长类变形与压缩类变形在板料成形工艺方面的 特点。
第一节 板料成形性基本理论
• 1)弯曲变形的过程和特点 • 以V形件弯曲为例说明弯曲的变形过程,V形件弯曲是一种很普通的板 料弯曲,其弯曲过程如图1-3所示。
图1-3 弯曲过程 • 研究材料的冲压变形规律,常采用画网格的方法进行辅助分析。如图 1-4所示,先在板料毛坯侧面用机械刻线或照相腐蚀的方法画出网格, 观察弯曲变形后网格的变形情况,就可分析出板料的变形特点。
第一节 板料成形性基本理论
图1-1 板料成形应变图 图1-2 板料成形应力图
第一节 板料成形性基本理论

板材成形CAE技术的概况与发展趋势

板材成形CAE技术的概况与发展趋势

目的:在可控的成本范围内,第一次、准时完成模具开发 与工业界完全一致的开发目标
9
板材成形CAE技术的应用效益
Full Body side Case: 50 % reduction ( Cost & Delay )
+ Improved Quality
10
板材成形CAE技术的预期作用...
10 K€
100 K€ 1000 K€
Design
Prototype Validation Production
Control: cost, Delay, quality,…
11
3.板材成形CAE技术 现状与发展趋势
12
冲压成形计算机模拟的最初需求 -成形性
1990-2000 -- Formability
板材成形CAE技术-其它工艺
液压成形 风压成形 温间冲压 焊接板材 超塑性成形 管材成形 其他
橡胶成形
7
2.材料成形过程中为什么要采用 CAE仿真技术
8
改善产品寿命
板材成形CAE技术的应用目标
灵活性与可加工性
质量
尝试新的材料 和工艺
降低模具成本
缩短开发周期
成本
周期
使用低吨位 的冲床
消除/减少试验模
板材成形CAE技术 概况与发展趋势
ESI集团(中国)有限公司
1
1.板材成形CAE技术的广泛应用
2
1 - Blanking
板材成形CAE技术-传统冲压工艺
6 - Flanging
2 - Binder Wrap/压料
3 - Forming
5 - Trimming 4 - Pressed Panel

CAE分析在板料成型冷冲压模具设计中的应用

CAE分析在板料成型冷冲压模具设计中的应用

CAE分析在板料成型冷冲压模具设计中的应用摘要:现阶段,我国工业水平发展速度日渐加快。

衡量国家加工水平的重要指标之一就是模具设计。

在模具实际投入生产之前,通过CAE分析可以发现许多问题,然后技术人员可以根据CAE分析的数据结果合理调整模具设计的方案,从而达到缩短模具生产周期的目的。

本文主要研究CAE分析在板料成型冷冲压模具设计中的应用情祝。

关键词:CAE分析;板料成型冷冲压模具设计;应用引言冷冲压模具技术在当今社会有着广泛的应用,在整个模具行业内,占有近半数的比例。

但是由于模具本身的一些缺陷和技术水平的限制,使得在应用于实际生产中会存在一些困难,如某些零部件的排样不当,会使材料的利用率有所降低,导致成本偏高;部件外型的扭曲程度过大,会令连续的料带在连料和加工工艺上存在困难;对于某些孔的位置度以及精度有特殊要求的模具,会需要加入斜契冲孔;工件尖角处两侧余料过小,不易压料,需要加入氮气弹簧进行辅助压料,这些价格较高的特殊部件的加入,也会使成本上升等等。

由此可见,模具对技术的要求较高,而且必须要重视利润。

要想成功的为一件板料零部件设计级进模具,需要考虑多种因素,特别是在实际的生产中要想获得一件合格的零件,都需要进行反复的调试与实验,同时也需要一批经验丰富的模具设计师和模具钳工才能完成,在不断的修模和设变中,时间和金钱也在大量的流失。

而且随着金属材料的不断发展,汽车产业也在寻求大量的新型材料以满足和完善汽车的一些新的需求,因此按照过去传统的经验和对模具在实际生产中不断实验的方法,无法估测出新型材料的一些性能,使得模具在设计的过程中就会遇到很多困难,占用更多的时间,令实际的成本变得更高。

企业为了实现利润最大化,都在缩短生产周期,提高模具质量上下工夫,CAE技术也自然而然的被引用到了实际的生产之中。

1.板料冲压成型过程中存在的缺陷板料冲压成型过程中受到多方面因素影响和限制,其中主要需要面对的问题是,是否能够依据预期规定的轨道来对材料进行变形。

浅谈模具的制造及CAD/CAE技术的应用

浅谈模具的制造及CAD/CAE技术的应用

浅谈模具的制造及CAD/CAE技术的应用现在模具加工工业应以使用模具CAD/CAE技术来实现优质、高效、低成本的产品生产为目标以适应用户对产品个性化的不断追求。

在我国,有许多企业大都凭经验或已经在设计、制造等方面分散使用CAD/CAE单项技术来实现生产,这种“自动化孤岛”的方法使整个生产过程资源共享率低、信息不流畅,导致研制产品周期长、更新换代慢,难以在国际竞争中生存和发展。

国外推广CAD/CAE表明:企业取得显著效益,很多是从集成应用中得到的,而不是单项应用的结果。

从CAD/CAE一体化的角度来说,其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化,其中心思想是让用户在统一的环境中实现CAD/CAE协同作业,以便充分发挥各单元的优势和功效。

1模具制造技术的性质和特点模具的制造和使用方式形式多样,技术含量高,生产工艺独特,所牵系的生产要素多,应用范围广等几方面。

除此之外,模具制造技术对生产者的业务能力和职业素质都有很高的要求。

模具制造技术具有以下两个方面的原因特点:①模具是单件生产的产品,即模具是根据成品之间的结构要求进行和制造的专用成型工具;②模具制造的关键主要是制造凸模、凹模及相关成型零件的专门工艺,以及模具制造工艺过程的优化设计与高度节约问题。

2并行工程技术在模具中应用模具是面向定单式的生产方式,属于单性生产,制造过程复杂,要求交货时间短。

如果利用CAD/CAE单元技术制造模具,制造精度低、周期长,为了解决上述难题,我们将并行工程技术引入到模具制造过程中。

所谓并行工程是设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺、影响模具寿命的因素,并进行校对、检查,预先发现设计过程的错误。

在初步确立产品的三维模型后,设计、制造及辅助分析部门的多位工程师同时进行模具结构设计、工程详图设计、模具性能辅助分析及数控机床加工指令的编程,而且每一个工程师对产品所做的修改可自动反映到其他工程师那里,大大缩短设计、数控编程的时间。

板料成形CAE技术与其应用完整

板料成形CAE技术与其应用完整

板料成形CAE技术与其应用完整(可以直接使用,可编辑优质资料,欢迎下载)板料成形CAE技术及应用长期以来,困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期,特别是对于某些特殊复杂的板料成形零件,甚至制约了整个产品的开发进度,而板料成形CAE技术及分析软件的出现,有效地缩短模具设计周期,大大减少试模时间,帮助企业改进产品质量,降低生产成本,从根本上提高了企业的市场竞争力。

一、前言计算机辅助设计技术以其强大的冲击力,影响和改变着工业的各个方面,甚至影响着社会的各个方面。

它使传统的产品技术、工程技术发生了深刻的变革,极大地提高了产品质量,缩短了从设计到生产的周期,实现了设计的自动化。

板料成形是利用模具对金属板料的冲压加工,获得质量轻、表面光滑、造型美观的冲压件,具有节省材料、效率高和低成本等优点,在汽车、航空、模具等行业中占据着重要地位。

由于板料成形是利用板材的变形得到所需的形状的,长期以来,困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期,特别是对于复杂的板料成形零件无法准确预测成形的结果,难以预防缺陷的产生,只能通过经验或类似零件的现有工艺资料,通过不断的试模、修模,才能成功。

某些特殊复杂的板料成形零件甚至制约了整个产品的开发进度。

板料成形CAE技术及分析软件,可以在产品原型设计阶段进行工件坯料形状预示、产品可成形性分析以及工艺方案优化,从而有效地缩短模具设计周期,大大减少试模时间,帮助企业改进产品质量,降低生产成本,从根本上提高企业的市场竞争力。

板料成形CAE技术对传统开发模式的改进作用可以通过图1 和图2进行对比。

图1 传统板料成形模具开发模式图2 CAE 技术模具开发方式通过比较,就可发现板料成形CAE技术的主要优点。

(1)通过对工件的可成形工艺性分析,做出工件是否可制造的早期判断;通过对模具方案和冲压方案的模拟分析,及时调整修改模具结构,减少实际试模次数,缩短开发周期。

(2)通过缺陷预测来制定缺陷预防措施,改进产品设计和模具设计,增强模具结构设计以及冲压方案的可靠性,从而减少生产成本。

板料成形性能及CAE分析

板料成形性能及CAE分析

板料成形性能及CAE分析文献综述引言随着强度的提高,高强度钢板塑性变差、成形难度增加。

对典型高强度钢板,如DP 钢、TRIP 钢和BH 钢等在汽车上的应用情况进行介绍,介绍了目前处在实验测试阶段的TWIP钢,具有许多优良的性能,只是投入生产中还存在一些尚待解决的问题。

对高强度钢板冲压生产时成形性差、回弹严重,以及冲模受力恶劣等常见问题进行了分析,最后对高强度钢板冲压成形性能研究现状和回弹影响因素进行了总结。

结果表明,高强度钢板成形性随材料、模具和工艺参数变化而波动,所以须综合研究三者的影响规律,从而提高高强度钢板的成形性能。

1 高强度钢板在汽车上的应用情况高强度钢板的拉伸强度一般在350MPa 以上,它不但具有较高的拉伸强度,还有较高的屈服点,具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点,在汽车上得到了广泛的应用[1]。

高强度钢板最初主要用于车身的前保险杠和车门抗侧撞梁。

近年来,随着高强度钢板的研制和开发,其成形性、焊接性、疲劳强度和外观质量都有所提高,现在高强度钢板已被广泛用来代替普通钢板制造车身的结构构件和板件[2]。

1. 1 双相钢( DP 钢)DP 钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到,其显微组织主要为铁素体和马氏体,马氏体以岛状弥散分布在铁素体机体上,DP 钢的显微组织示意如图1 所示[3]。

软的铁素体赋予DP钢较低的屈强比、较大的延伸率,具有优良的塑性; 而硬的马氏体则赋予其高的强度。

DP 钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定,其变化范围为5% ~20%,随着马氏体的含量增加,强度线性增加,强度范围为500 ~ 1 200MPa。

目前大量使用的有DP590、DP780,热镀锌合金化DP980 的研发工作正在进行中[4]。

DP 钢具有低屈强比、高加工硬化指数、高烘烤硬化性能、无屈服延伸和室温时效等特点,一般用于需要高强度、高的抗碰撞吸收且也有一定成形要求的汽车零件,如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等。

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板料成形CAE技术及应用长期以来,困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期,特别是对于某些特殊复杂的板料成形零件,甚至制约了整个产品的开发进度,而板料成形CAE技术及分析软件的出现,有效地缩短模具设计周期,大大减少试模时间,帮助企业改进产品质量,降低生产成本,从根本上提高了企业的市场竞争力。

一、前言计算机辅助设计技术以其强大的冲击力,影响和改变着工业的各个方面,甚至影响着社会的各个方面。

它使传统的产品技术、工程技术发生了深刻的变革,极大地提高了产品质量,缩短了从设计到生产的周期,实现了设计的自动化。

板料成形是利用模具对金属板料的冲压加工,获得质量轻、表面光滑、造型美观的冲压件,具有节省材料、效率高和低成本等优点,在汽车、航空、模具等行业中占据着重要地位。

由于板料成形是利用板材的变形得到所需的形状的,长期以来,困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期,特别是对于复杂的板料成形零件无法准确预测成形的结果,难以预防缺陷的产生,只能通过经验或类似零件的现有工艺资料,通过不断的试模、修模,才能成功。

某些特殊复杂的板料成形零件甚至制约了整个产品的开发进度。

板料成形CAE技术及分析软件,可以在产品原型设计阶段进行工件坯料形状预示、产品可成形性分析以及工艺技术方案优化,从而有效地缩短模具设计周期,大大减少试模时间,帮助企业改进产品质量,降低生产成本,从根本上提高企业的市场竞争力。

板料成形CAE技术对传统开发模式的改进作用可以通过图1 和图2进行对比。

图1 传统板料成形模具开发模式图2 CAE 技术模具开发方式通过比较,就可发现板料成形CAE技术的主要优点。

(1)通过对工件的可成形工艺性分析,做出工件是否可制造的早期判断;通过对模具技术方案和冲压技术方案的模拟分析,及时调整修改模具结构,减少实际试模次数,缩短开发周期。

(2)通过缺陷预测来制定缺陷预防措施,改进产品设计和模具设计,增强模具结构设计以及冲压技术方案的可靠性,从而减少生产成本。

(3)通过CAE分析可以择优选择材料,可制造复杂的零件,并对各种成形参数进行优化,提高产品质量。

(4)通过CAE分析应用不仅可以弥补工艺人员在经验和应用工艺资料方面的不足,还可通过虚拟的冲压模拟,提高提高工艺人员的经验。

二、板料成形需要解决的问题板料成形通过模具对板料施加压力,使板料产生永久性的塑性变形,以获得预期的产品形状。

在这个过程中影响板材变形的因素非常多,要控制好变形的形状也非常困难。

首先,金属受外力作用会发生变形,变形可分为弹性变形和塑性变形,弹性变形是可逆的,外力去除后变形体就会恢复成原来的形状;第二,材料的成分和组织对变形影响极大;第三,塑性变形有多种方式,再结晶温度下的塑性变形有晶内滑移和孪动、位错(位错分多种形式),再结晶温度上的塑性变形有晶间滑移、多晶体扩散和相变变形等;第四,变形温度、变形速度的影响;第五,变形体内部应力状态的影响;第六,摩擦与润滑的影响;第七,材料塑性变形后,当变形体内部各部分变形不一致时,物体内部产生相互牵制和自相平衡的负应力。

由于在板料冲压成型过程中,模具的刚性通常远远大于板料的刚性,因此模具的变形相对板料的变形来说极小,可以忽略不计。

在冲压成形过程的计算机仿真中应考虑的问题归结为如下几个方面:(1)板料的大位移、大转动和大应变条件下的弹塑性变形的描述和计算。

(2)板料与模具间法向接触力的计算。

(3)板料与模具接触面间摩擦的描述及摩擦力的计算。

(4)模具的几何描述和运动计算。

(5)压力机加载过程的描述和模拟。

板料成形的工艺主要有冲压工艺设计(包括毛坯尺寸计算、分步成形计算等)、模具设计、冲压设备选择和成形缺陷预测与消除等。

板料成形需要解决的主要问题包括缺陷(起皱、拉裂、回弹)预防、压边力确定、模具磨损的影响、润滑技术方案确定、成形力确定、毛坯尺寸确定和压延筋布置等。

基本的板料成形有圆筒件拉伸、凸缘圆筒件拉伸、盒形件拉伸、局部成型、弯曲成型、翻边成型和胀型等。

基本的板料成形,有一些经验公式和类似零件作为参考。

但对于复杂的板料成形,其各部位是连在一起的,相互牵联和制约,故不要把变形性质不同的部分孤立地看待,要考虑不同部位的相互影响,才不会造成失误。

三、板料成形CAE分析的方法概述1.有限元数值模拟的关键技术板料成形CAE技术是建立在有限元法基本原理和数值方法基础上,利用计算机进行计算和求解的分析方法。

有限元数值计算的关键技术如下:(1)模具几何形状的数字描述模具几何形状的数字描述有多种方式,目前较常采用的是STL格式。

(2)摩擦边界条件的施加摩擦与金属的成分、毛坯与模具间的相对滑动速度、温度及润滑条件有关。

(3)速度约束条件的施加主要包括边界自由节点和边界约束节点的运动属性判定。

(4)网格划分和重划分技术在有限元数值模拟中,网格质量对数值求解的稳定性、效率及精度至关重要。

网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素等。

有限元网格划分指导思想、划分方法、原则以及重划分技术等可以参考资料,这里不详述。

目前的CAE 软件都提供了网格划分、修补和重划分功能,作为板料成形分析的工艺人员,关键是要掌握好有限元网格划分指导思想、划分方法、原则,利用软件划分出适当的单元。

2.板成形数值模拟算法简介最早的金属板材成形的数值模拟方法是有限差分法,此方法仅限于解决诸如球形冲头胀形等轴对称问题。

有限元方法的应用使得金属成形模拟获得突破,相继出现了刚塑性、弹塑性理论,以及运用这些理论进行的成形模拟。

单元类型以膜单元和实体单元为主,这些研究工作极大推动了板成形理论的发展,但由于计算能力的限制没有得到广泛应用。

基于动态显式算法的软件的出现标志着板材成形仿真实际应用的真正发展,与此同时,基于静态隐式增量法的软件也进一步发展。

经近二十几年的发展过程,板材成形CAE技术已经从实验室走向设计室,并在模具设计中发挥了重要的作用。

当前板材成形数值模拟采用的算法分为显式法和隐式法两类,其他还有一步成形法等。

(1)显式算法显式算法包括动态显式和静态显式算法。

动态显式算法的最大优点是有较好的稳定性。

另外,动态显式算法采用动力学方程的中心差分格式,不用直接求解切线刚度,不需要进行平衡迭代,计算速度快,也不存在收敛控制问题。

该算法需要的内存也比隐式算法要少。

数值计算过程可以很容易地进行并行计算,程序编制也相对简单。

另外,它也有一些不利方面:显式算法要求质量矩阵为对角矩阵,而且只有在单元级计算尽可能少时速度优势才能发挥,因而往往采用减缩积分方法,这样容易激发沙漏模式,影响应力和应变的计算精度。

静态显式法基于率形式的平衡方程组与Euler前插公式,不需要迭代求解。

由于平衡方程式仅在率形式上得到满足,所以得出的结果会慢慢偏离正确值。

为了减少相关误差,必须每步使用很小的增量,通常一个仿真过程需要多达几千步。

由于不需要迭代,所以这种方法稳定性好,但效率低。

(2)隐式算法静态隐式算法也是解决金属成形问题的一种方法。

在静态隐式算法中,在每一增量步内都需要对静态平衡方程而迭代求解。

理论上在这个算法中的增量步可以很大,但是实际运算中上要受到接触以及摩擦等条件的限制。

随着单元数目的增加,计算时间几乎呈平方次增加。

由于需要矩阵求逆以及精确积分,对内存要求很高。

隐式算法的不利方面还有收敛问题不容易得到解决以及当开始起皱失稳时,在分叉点处刚度矩阵出现奇异。

另有一种静态隐式大增量步软件,也属于静态隐式算法。

它已做出了某些改进,如在一些特殊接触条件处理上采用大增量时步、弯曲与拉伸变形的非耦合求解算法、高精度的自适应网格划分等。

这些专用于金属薄板成形的特征有时显得非常有效,但在某些方面不会那么准确。

例如,它不能精确模拟接触和脱离接触的过程,无法有效预测起皱失稳等。

(3)一步成形法在这种算法中只采用一个时步,通常采用线性应变路径的假定,并且忽略接触摩擦过程,可以在短时间内根据成形后的构形计算出初始坯料的尺寸。

如果结合CAD软件与网格划分功能,这一方法可以在设计的初始阶段提供非常有价值的信息。

当然,结果的准确性通常很低,实质上是一种近似求解。

3.板料成形CAE分析的一般步骤板料成形CAE分析的一般过程为前处理(网格划分、定义约束条件、施加条件和边界条件等),求解(数值计算)和后处理分析结果(应力、应变、材料厚度分布、能量等历史曲线、云图及动画,切取截面显示、回弹,FLD 图等)。

其中前处理工作最为重要,作好网格划分、定义约束条件、施加条件和边界条件等工作,是有效完成CAE分析的关键。

板料成形CAE分析的一般步骤为:(1)利用CAD软件为冲压件(或各工序冲压件)建模,如图3所示;图3 零件建模(2)在钣冲CAE软件中输入冲压件模型;(3)网格曲面划分、检查、修补及重划分,如图4~图5所示;图4 工艺补面图5 网格曲面划分(4)调整冲压方向;(5)利用偏移或拷贝等方法由模型(局部)单元分别生成凸模、凹模,生成压边圈、辅助补充面及拉延筋等,并对工具完成网格曲面划分、检查、修改及重划分等工作;(6)网格边界、单元法线、重叠部分等检查;(7)产生毛坯零件并网格化,定义毛坯材料;(8)定义凸模、凹模、压边圈、拉延筋等工具及毛坯,调整相对位置,如图6所示;图6 定义工具(9)定义毛坯边界条件和各种冲压工艺参数,包括接触类型、摩擦系数、冲压速度、压力或位移加载曲线等;(10)动画模拟模具工作过程;(11)利用求解器进行有限元法计算;(12)利用后处理器观察分析结果,若结果不理想,调整技术方案重新进行模拟计算。

利用后处理器观察分析结果,可以清楚各变量(应力、应变、材料厚度分布、能量等)的历史曲线、云图及动画,截取截面显示(如厚度变化等)、回弹等。

FLD图可以显示每个单元的成形状况,如图7所示。

为了便于工程应用,还可将一些计算结果转化为其他工程信息,如根据变形状态反算出板料的最佳毛坯形状、尺寸或工件的回弹分布等。

图7 料厚分布四、板料成形CAE软件简介较多的公司都推出了非常适合于模具设计工程师使用的板料成形数值模拟软件。

国外比较有名的商业化板料成形数值模拟软件有ESI公司的PAM-STAMP、美国ETA公司的DYNAFORM和瑞士ETH公司的AUTOFORM 等。

这些软件采用自适应网格技术,实现显隐式无缝转换,精度较高,用一步法作坯料快速开发,具有较强的模面设计功能和焊板成形分析功能。

这些公司的的产品较为全面,涵盖了板料成形模拟的多个方面,广泛应用于拉伸、切边、翻边、弯曲、多工位成形、液压胀形和弯管等领域。

在自适应网格技术是在模拟成形过程中,在坯料遇到比较剧烈变形时自动进行局部区域的网格细分,以提高这些部位计算的准确度。

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