AutoForm教程

ＡｕｔｏＦｏｒｍ介绍及其应用￣ 当代汽车和现代模具设计制造技术都表明，汽车覆盖件模具的设计制造离不开有效的板成形模拟软件。

世界上大的汽车集团，其车身开发与模具制造都要借助于一种或几种板成形模拟软件来提高其成功率和确保模具制造周期，国际上的软件主要有美国ｅｔａ公司的Ｄｙｎａｆｏｒｍ，法国ＥＳＩ集团的ＰＡＭ系列软件，德国ＡｕｔｏＦｏｒｍ工程股份有限公司的ＡｕｔｏＦｏｒｍ，国内有吉林金网格模具工程研究中心的ＫＭＡＳ软件，北航的ＳｈｅｅｔＦｏｒｍ，华中科技大学的Ｖｆｏｒｍ等。

本文着重探讨ＡｕｔｏＦｏｒｍ及其应用。

　１．　概述：ＡｕｔｏＦｏｒｍ与板料成形技术　ＡｕｔｏＦｏｒｍ工程有限公司包括瑞士研发与全球市场中心和德国工业应用与技术支持中心，其研发和应用的阶段主要有：１９９１年实现自适应精化（ａｄａｐｔｉｖｅ　ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）网格；１９９２年采用隐式算法（ｉｍｐｌｉｃｉｔ　ｃｏｄｅ）并与１９９３年开发出板成形模拟分析的专用软件；１９９４年实现对ＣＡＤ数据的自动网格划分；１９９５年开始工业应用；１９９６年实现对ＣＡＤ数据的自动倒园（ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｆｉｌｌｅｔｉｎｇ）；１９９７年采用Ｏｎｅ－ｓｔｅｐ（一步成形）代码实现工艺补充面（ａｄｄｅｎｄｕｍ）的自动设计；１９９８年实现压料面（ｂｉｎｄｅｒ）的自动生成；２０００年实现快速交互式模具设计。

它是专门针对汽车工业和金属成形工业中的板料成形而开发和优化的，用于优化工艺方案和进行复杂型面的模具设计，约９０％的全球汽车制造商和１００多家全球汽车模具制造商和冲压件供应商都使用它来进行产品开发、工艺规划和模具研发，其目标是解决“零件可制造性（ｐａｒｔ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ）、模具设计（ｄｉｅ　ｄｅｓｉｇｎ）、可视化调试（ｖｉｒｔｕａｌ　ｔｒｙｏｕｔ）”。

它将来自世界范围内的许多汽车制造商和供应商的广泛的诀窍和经验融入其中，并采取用户需求驱动的开发策略，以保证提供最新的技术。

　ＡｕｔｏＦｏｒｍ的特点：１）它提供从产品的概念设计直至最后的模具设计的一个完整的解决方案，其主要模块有Ｕｓｅｒ－Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（用户界面）、Ａｕｔｏｍｅｓｈｅｒ（自动网格划分）、Ｏｎｅｓｔｅｐ（一步成形）、ＤｉｅＤｅｓｉｇｎｅｒ（模面设计）、Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ（增量求解）、Ｔｒｉｍ（切边）、Ｈｙｄｒｏ（液压成形），支持Ｗｉｎｄｏｗｓ和Ｕｎｉｘ操作系统。

２）特别适合于复杂的深拉延和拉伸成形模的设计，冲压工艺和模面设计的验证，成形参数的优化，材料与润滑剂消耗的最小化，新板料（如拼焊板、复合板）的评估和优化。

３）快速易用、有效、鲁棒（ｒｏｂｕｓｔ）和可靠：最新的隐式增量有限元迭代求解技术不需人工加速模拟过程，与显式算法相比能在更短的时间里得出结果；其增量算法比反向算法有更加精确的结果，且使在ＦＬＣ－失效分析里非常重要的非线性应变路径变得可行。

即使是大型复杂制件，经工业实践证实是可行和可靠的。

４）ＡｕｔｏＦｏｒｍ带来的竞争优势：因能更快完成求解、友好的用户界面和易于上手、对复杂的工程应用也有可靠的结果等，ＡｕｔｏＦｏｒｍ能直接由设计师来完成模拟，不需要大的硬件投资及资深模拟分析专家，其高质量的结果亦能很快用来评估，在缩短产品和模具的开发验证时间、降低产品开发和模具成本、提高产品质量上效果显著，对冲压成形的评估提供了量的概念，给企业带来明显的竞争优势和市场机遇。

　２．　ＡｕｔｏＦｏｒｍ的前处理与后处理　从数据输入到后处理结果的输出，ＡｕｔｏＦｏｒｍ融合了一个有效开发环境所需的所有模块。

其图形用户界面（ＧＵＩ）经过特殊裁剪更适合于板成形过程，从前处理到后处理的全过程与ＣＡＤ数据的自动集成，网格的自动自适应划分；所有的技术工艺参数都已设置且易变更，设置的过程易于理解且符合工程实际。

　ＡｕｔｏＦｏｒｍ软件与其它ＣＡＤ软件的数据接口可以通过ＩＧＥＳ、ＶＤＡ等数据标准转换，并实现了与ＣＡＴＩＡ数据的直接转换。

其偏移（ｏｆｆｓｅｔ）功能能很快地从凸模（或凹模）生成凹模（或凸模）；能很方便地定义拉延筋和修边轮廓等功能曲线；复杂形状的落料件和组合毛坯件的自动网格划分；对称件可以１／２描述；能直接地将落料轮廓、拉延筋线和修边轮廓从ＣＡＤ带入模拟中。

这些都大大简化了ＣＡＤ数据的输入。

　其网格生成器（ａｕｔｏｍｅｓｈｅｒ模块），网格自适应功能非常强，可以将ＩＧＥＳ和ＶＤＡ曲面转化成ＡｕｔｏＦｏｒｍ能够识别的文件格式，在定义网格大小、最大表面误差值后能很快完成高度复杂自由几何曲面的自动网格划分。

对ＣＡＤ数据进行尖角圆整（自动倒圆），即在划分网格后检查工具几何模型的自由边界、棱边和内凹面，无须人工干预及修改即可对棱边倒圆，在尖角处自动产生指定半径倒圆，效率高。

由于软件接触算法的特点，对工具采用曲面片（ｆａｃｅｔ）离散，对毛坯采用网格单元剖分，自动检查孔、尖角和根切截面，因而可大量节省有限元模型前处理的时间。

ＡｕｔｏＦｏｒｍ能根据计算的需要自动重新定义网格，生成成形件的适应性有限元网格，采用的标准是几何和应变梯度。

ＡｕｔｏＦｏｒｍ的自适应网格划分产生非常精确的几何分辨率和准确的结果。

　ＡｕｔｏＦｏｒｍ对模拟结果融合了许多有效和宜人的解释：１）可以实时地观测计算结果，以便在计算初始阶段即可发现模型设置方面的错误，避免浪费时间。

２）可观测应力、应变和厚度分布、材料流动状况，可计算工具应力、冲压力，可实现材料标记、法向位移的标识，可生成对破裂、起皱和回弹失效进行判定的成形质量图以及成形极限图（在成形极限图上可标识变形临界区域、标识某一单元的应变路径）。

３）还可进行一些特殊评估：几何体和结果的截面显示；ＦＬＣ失效分析；状态改动后的后期显示；回弹评估用的实际模型定位。

　图形显示支持ＯｐｅｎＧＬ图形标准，能真实上色，能显示几何体的阴影图及伴有选定结果变量后的彩色分布图，动画能力和阴影图的实时旋转使后处理变得更容易并使用户分析结果更方便快捷，弹击鼠标可显示零件的有关数据，数据结果的输出等。

　动态剪辑（ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｌｉｐｐｉｎｇ）和动态截面（ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｅｃｔｉｏｎ）：用户界面的动态剪辑和动态截面支持板料和模具接触面间的准确评估，而且模具闭合时板料的成形状态能很方便地观看和理解，这利于确认模具何形状的任何改变后材料的流动和板料成形情况。

　滑动线和冲击线（ｓｋｉｄ　ａｎｄ　ｉｍｐａｃｔ　ｌｉｎｅｓ）的评价：通过在模具表面上定义滑动线和冲击线来评估它们在板料上的运动情形及其对制件质量的影响，并能自动确定板料和这些线的接触情形以及接触区域内材料的流动轨迹。

　３．　Ａｕｔｏｆｏｒｍ－ＤｉｅＤｅｓｉｇｎｅｒＴＭ　：快速模面设计及其优化的模块　传统的ＣＡＤ系统采用人工方法来生成压料面和工艺补充面，费时费事。

ＤｉｅＤｅｓｉｇｎｅｒ是ＡｕｔｏＦｏｒｍ的一个有重要功能模块，它是和ＢＭＷ和Ａｕｄｉ联合开发并得到来自ＤａｉｍｌｅｒＣｈｒｙｓｌｅｒ和ＧＭ的技术反馈，是专为汽车模具设计师、工艺工程师和模具制作人员而开发的，可以快速实现基于用户控制的压料面和工艺补充面的参数化设计和修改。

由于很快自动生成压料面和工艺补充面的一次概念设计，并显示出整个模面形状，模具工程师可在短时间内生成若干个拉延方案并进行其模拟，以判定最优设计，从而显著减少模具开发时间；同时，考虑压料面和工艺补充面，工艺工程师也能大大增加零件可制造性的评估精度。

它包含了许多特别适合汽车工业的专用特征。

　从零件的ＣＡＤ表面数据（ＩＧＥＳ或ＶＤＡ）开始，首先用ＡｕｔｏＦｏｒｍ－Ａｕｔｏｍｅｓｈｅｒ对零件进行自动网格划分，自动填充零件几何体中的孔洞和间隙，并通过几何图形或交互式地改变表面轮廓，用户可以对制件和工艺方案（ｒｕｎ－ｏｆｆ）进行便捷的修改。

基于用户指定的半径或变半径，零件的尖边缘自动倒圆，对零件的这种修改有利于改进拉延效果，对提高冲压可成形性通常也是极为重要的。

　自动旋转制件几何体形成拉延方向（ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｉｐｐｉｎｇ）：可根据拉延深度优选最好的拉延冲压方向，显示冲压质量差（ｂａｃｋｄｒａｆｔ）和危险的区域，避免制件无法冲压（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）和平衡变形，这对确定优化的冲压方向角（Ｔｉｐ　ａｎｇｌｅ）是重要的。

转换矩阵可以通过　ＩＧＥＳ或ＶＤＡＦＳ将冲压方向转换输入ＣＡＤ，优选过程简便、直观。

快速自动生成压料面（ｂｉｎｄｅｒ）和工艺补充面（ａｄｄｅｎｄｕｍ）：精确的曲面轮廓方法与模具工程实际相结合根据制件数据生成压料面，并且允许用户修改局部表面轮廓或按准确的尺寸设计。

对于产品设计师，这使得在产品开发的早期就可以进行增量模拟，从而增加了产品成形性评估的准确度；对于模具设计师，它是产生初始压料面的一个有效模块，生成的压料面可以还通过　ＩＧＥＳ或ＶＤＡＦＳ转换输入ＣＡＤ做进一步修改用。

在此基础上可以实现用户控制的参数化的工艺补充部分自动生成。

整个过程充分体现出用户控制、全自动和全参数化的特征。

用户可以通过修改工艺补充面轮廓和相应的模面细节，如生成的拉延包（ｄｒａｗｂａｒ）太高导致过度拉长和破裂等，可通过降低拉延坎高度、加大圆角半径，来达到良好的拉延成形效果。

基于轮廓的压料面设计，使用２Ｄ模拟预优化工艺补充面轮廓，拉延深度显示等，这对优化初始凸模接触（ｉｎｉｔｉａｌ　ｐｕｎｃｈ　ｃｏｎｔａｃｔ）是很重要的。

　与ＡｕｔｏＦｏｒｍ－Ｏｎｅｓｔｅｐ，ＡｕｔｏＦｏｒｍ－Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ和ＡｕｔｏＦｏｒｍ－Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒ的完全集成，在模面设计中生成的压料面、工艺补充面和制件几何体三部分，能很容易地转换进入并完全自动地生成相应的模具并设置出工艺步骤，从而立即由ＡｕｔｏＦｏｒｍ－Ｏｎｅｓｔｅｐ和ＡｕｔｏＦｏｒｍ－Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ模块进行试模。

由于全参数化，用户的修改可以迅速完成，且ＡｕｔｏＦｏｒｍ－ＯｎｅＳｔｅｐ和ＡｕｔｏＦｏｒｍ－Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ进行虚拟试模的模具可自动更新。

基于２Ｄ模拟，模具不同区域和不同截面上的临界应变（ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｓｔｒａｉｎｓ）和滑移／冲击线的评估，这对模具设计过程早期评估工艺补充面特别有用。

　为进一步改进模面设计，ＤｉｅＤｅｓｉｇｎｅｒ包含一个完全集成的模块ＡｕｔｏＦｏｒｍ－Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒ（优化模块），它无缝集成于ＡｕｔｏＦｏｒｍ－Ｕｓｅｒ－Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，可与ＡｕｔｏＦｏｒｍ－ＯｎｅＳｔｅｐ和ＡｕｔｏＦｏｒｍ－Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ同步使用；它基于进化（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）策略，通过多次模拟能优化模面和冲压过程方案，从而判定和确认优化的模面形状（制件和工艺补充面的圆角半径，拉延包高度，凸模拔模角，储料包（ｏｖｅｒ－ｃｒｏｗｎ）等，拉延半径、拉延筋）和冲压过程参数（压料力，拉延筋强度和等效拉延筋阻力，坯料的轮廓，模具型面几何参数等，摩擦条件和润滑，平衡块（ｓｐａｃｅｒ）和工艺切口（ｒｅｌｉｅｆ　ｃｕｔｓ）等工艺条件的设置等）。