先进板料成形技术与性能
板料的冲压成形性能与成形极限
§6.1 概述
成形极限图（FLD）就是由不同应变路径下的局部极限 应变构成的曲线或条带形区域，它全面反映了板料在单向和 双向拉应作用下抵抗颈缩或破裂的能力，经常被用来分析解 决成形时的破裂问题。
§6.1 概述
全面地讲，板料的冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性 （fitability）和定形性（shape fixability），故影响因素很多， 如材料性能、零件和冲模的几何形状与尺寸、变形条件（变 形速度、压边力、摩擦和温度等）以及冲压设备性能和操作 水平等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
一、各种冲压成形方法的力学特点与分类
正确的板料冲压成形工艺的分类方法，应该能够明确地 反映出每一种类型成形工艺的共性，并在此基础上提供可能 用共同的观点和方法分析、研究和解决每一类成形之艺中的 各种实际问题的条件。在各种冲压成形工艺中毛坯变形区的 应力状态和变形特点是制订工艺过程、设计模具和确定极限 变形参数的主要依据，所以只有能够充分地反映出变形毛坯 的受力与变形特点的分类方法，才可能真正具有实用的意义。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
1、变形毛坯的分区
冲压成形时，在应力状态满足屈服准则的区域将产生塑 性变形，称为塑性变形区（A区）。不同工序，随着外力作 用方式和毛坯及模具的形状、尺寸的不同，变形区所处的部 位也不相同。应力状态不满足屈服准则的区域，不会产生塑 性变形，称为非变形区。根据变形情况，非变形区又可进一 步分为已变形区(B)、待变形区(C)和不变形区(D)。有时已变 形区和不变形区还起传力的作用，可称其为传力区(B 、C)。 图所示为拉深、翻边、缩口变形过程中毛坯各区的分布。
贴模性（fittability）：板料在冲压过程中取得模具形状 的能力。
定形形（shape fixability）：零件脱模后保持其在模内 既得形状的能力。
金属薄板成形性能与试验方法 成形极限图(FLD)试验
１． 试样表面上网格圆畸变后的形状如图３ ０５ 所示， 畸变后网格圆的长轴记作ｄ 短轴记作ｄ、 ２并将ｄ ，
和 ｄ 近似视为试样平面内一点上的两个主应变方向。 ７
ｄ 夕 ｄｏ ｄ ＜ｄｏ ， ，
ｄＪ ｄｏ ｄ －ｄ． ， ，
ｄ ｄ， ｄ ， ｄ ＞ ａｄ， ， 户
图 ３ 网格圆畸变 １． 测量临界网格圆的长、 ０６ 短轴 ｄ 和 ｄ 时， ， ２ 可以使用读数显微镜、 测量显微镜、 投影仪或专门设计的 测量工具、 检测装置等压 如工程应变比例尺， 见附录 Ａ（ 参考件）。 」 １． 根据测量结果， ０７ 按公式（）（） １ ，２计算试样的表面极限应变。
图 ２ 网格圆图案
６２ 试样表而的网格圆可用照像制版、 ． 光刻技术、 电化学腐蚀或其他方法制取。
６３ 网格圆初始直径ｄ 的大小， ． 。 影响试验的测量计算结果， 其选用原则为： 采用大尺 寸 模具时可将 ｄ ， 的数值取大一些， 而用小尺寸 模具时则取小一些。
６４ 如果使用本标准 ７ １ ． ． 条推荐的凸模尺寸， 则推荐使用 ｄ＝１５ ＂． 的网格圆。 ｏ ． ２５ ＾ ｍｍ ６５ 网格圆直径的偏差不大 ｆ ． － 其数值的 ２ Ｙ４ ｏ
了 模具
７１ 对于试验模具的几何尺寸 （ ． 包括拉深筋的部位、 形状和尺寸等） 不作具体规定， 仅推荐使用直径为
伸试验和液压胀形试验 。 ４２ 刚性凸模胀形试验时， ． 将一侧表面制有网格圆的试样置于凹模与压边圈之间， 利用压边力压紧拉 国家技术监督局 １ ９ 一 ２ １ 批准 ９５１一３ １ ９ 一 ８ ０ 实施 ９ ６０ 一 １
ＧＢ Ｔ ５ ２ ． 一 １ ９ ／ １ ８ ５ ８ ９ ５
深筋以外的试样材料， 试样中部在凸模力作用下产生胀形变形并形成凸包（ 见图 １ ， ）其表而上的网格圆 发生畸变， 当凸包上某个局部产生缩颈或破裂时 ， 停止试验 ， 测量缩颈区（ 或缩颈区附近） 或破裂区附近 的网格圆长轴和短轴尺寸， 由此计算金属薄板允许的局部表面极限主应变量（， 或（， ２。 ｅ，２ 。、 ） ｅ） 。
无模金属板料成形技术(单点渐进式成形)
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轿车部件生产
无模金属板第料1成步形技: 术成(单形点渐进式成形)
第2步 : 切边, 割孔
无模成形
激光切边, 割孔
无模数控成形
激光切割完成
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引擎罩外壳
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单点渐进式成形的成形方法
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单点渐进式成形技术简介
无模无金模金属属板板料料成的形技成术形(单点技渐术进式是成国形)际上一种先进的柔性加工工艺。该工艺不需 要专用模具，具有生产周期短、成本低的优点。特别适合于小批量、多品种、 复杂金属板材零件的生产。
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单点渐进式成形的优势
无模金属板料成形技术(单点渐进式成形)
板料厚度：从0.1~4毫米 压头的运行速度：可达100米/分种 成形时间：取决于工件的尺寸和成形参数,通常数小时 材料的延伸率：可高达300%
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单点渐进式成形的应用领域
汽无车模制金属造板料业成：形技汽术(车单点样渐进车式覆成形盖) 件生产、限量版汽车生产、汽车覆盖件 的维修备件市场； 模具制造业：风电机舱罩,风电叶片,游艇外壳等玻璃钢产品的模具 制作;EPS、PU等发泡材料模具制作；滚塑成型产品模具制作； 机械制造业：机器设备上复杂造型、曲面的面板生产； 航空航天业：飞机内壳体、内饰件、雷达抛物天线、人造卫星外壳、 火箭导流罩的生产； 建筑业：城市雕塑,个性建筑装修外观； 船舶制造业：金属冲锋舟、摩托艇、救生艇的船身制作； 医学领域：颅骨修补及医用支架的制造；
无模成形技术简介
无模成形技术简介1.引言无模成形是以计算机为主要手段，利用多点成形或增量成形的方法，实现板料的无模具塑性成形的先进智能化制造技术。
金属板料成形在制造业中有着十分重要的地位，该技术广泛应用于航空航天、船舶工业、汽车覆盖件和家电等生产行业，但传统的金属板料加工工艺都离不开模具，采用模具成形生产周期长，而且缺乏柔性，产品变化时就需要重新更换模具，这就延长了新产品的开发周期。
而现代社会产品的更新换代非常迅速，如何快速、低成本和高质量地开发出新产品，是企业生存和发展的关键。
为此，国内外许多学者都在致力于板料塑性成形新技术的研究，努力实现金属板料快速高效的柔性冲压和无模成形，以适应现代制造业产品快速更新的市场竞争需要。
2.研究概况国内外许多学者都对板料塑性成形新技术进行了大量的研究，从无模多点成形和数字化渐进成形到喷丸成形、爆炸成形、激光热应力成形和激光冲击成形等，并取得了一定的成果。
2.1 无模多点成形无模多点成形是利用高度可调节的数控液压加载单元（基本群体）形成离散曲面，来替代传统模具进行三维曲面成形的方法，是一种多点压延加工技术。
此法特别适合于多品种小批量生产，体现了敏捷制造的理念。
目前已在高速列车流线型车头制作、船舶外板成形、建筑内外饰板成形及医学工程等领域，得到广泛应用。
与传统模具成形方法相比，其主要区别就是他具有“柔性”，可以在成形前也可在成形过程中改变基本体的相对位移状态，从而改变被成形件的变形路径及受力状态，以达到不同的成形效果。
图2-1 为传统模具成形与多点成形的比较。
图 2-2 为多点模具成形的过程。
图 2-1 模具成形与多点成形的比较图 2-2 多点模具成形过程20 世纪 70 年代，日本造船界开始研究多点成形压力机，并成功应用于船体外板的曲面成形。
此后许多学者为开发多点成形技术进行了大量的探讨与研究，制作了不同的样机，但大多只能进行变形量较小的整体变形。
吉林大学李明哲等人对无模多点成形技术进行了较为系统的研究，已自主设计并制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，2002 年底，李教授组建了产学研实体：长春瑞光科技有限公司。
高强度钢板的两种热成形技术
高强度钢板的两种热成形技术强度钢板热成形技术有间接成形和直接成形两种工艺。
间接成形工艺可成形具有复杂形状的零部件，预成型后可进行加工;直接成形工艺节省时间、能源。
强度钢板热成形技术是同时实现汽车车体轻量化和提高碰撞安全性的最新技术。
目前，欧、美、日等各大汽车生产厂商已成功地将高强度钢热成形技术应用汽车构件的生产中，经济效益显著，有效地提高了市场竞争力。
目前国内仅有几家公司从国外引入生产线，耗资十分巨大，国内汽车厂家成本负担很大。
国内众多汽车公司正在迫切寻求用该项技术来铸造汽车冲压件。
但是，该项技术和装备被几家国外公司所垄断，设备价格十分昂贵。
因此，热成形零件的价格也远高于普通冷成形件，导致国内目前仅有少数厂家在高档轿车上采购这种高强度冲压件，远远满足不了国内汽车行业的市场需要。
针对上述情况，大连理工大学与长春伟孚特汽车零部件有限公司联合开发出国内第一条具有完全自主知识产权的高强度钢板热成形批量连续生产线。
高强度钢板热成形技术是集落料、加热、防氧化、冲压、淬火冷却、切形和喷丸处理等为一体的综合制造系统，是体现机械加工、电控和材料化工紧密交叉的国际前沿高新技术。
热成形连续加热炉要保证板料加热到设定的温度充分奥氏体化，同时避免没有防氧化涂层板料的高温氧化脱碳，这决定了热成形连续加热炉与其他加热炉相比应具有独特的核心技术。
成形有间接成形和直接成形两种工艺。
热成形间接成形工艺是指板料先经过冷冲压进行预成形，然后加热到奥氏体化温度，保温一段时间后放到具有冷却系统的模具里进行最终成形及淬火。
热成形间接成形工艺的优点如下：(1)可以成形具有复杂形状的车内零部件，几乎可以获得目前所有的冲压承载件。
(2)板料预成形后，后续热成形工艺不需要过多考虑板料高温成形性能，可以确保板料完全淬火得到所需要的马氏体组织。
(3)板料预成形后可以进行修边、翻边、冲孔等工艺加工，避免板料淬火硬化后加工困难问题。
热成形直接成形工艺是指板料加热到奥氏体化温度保温一段时间后直接放到具有冷却系统的模具里进行成形及淬火。
板材冲压成形的基本知识课件
板材冲压成形的应用领域
汽车制造
家用电器
建筑行业
其他领域
汽车车身覆盖件、零部 件等。
外壳、内部结构件等。
金属板材门窗、幕墙等 。
金属包装容器、金属艺 术品等。
板材冲压成形的基本原理
01
02
03
塑性变形
板材在压力作用下发生塑 性变形，从而获得所需形 状和尺寸。
板材的力学性能与厚度
力学性能
指板材在受力时的表现，如强度、硬度、韧性等。这些性能对冲压成形的效果有直接影 响。
厚度
板材的厚度会影响其成形性能和刚性。较厚的板材在冲压时不易发生变形，而较薄的板 材则容易产生较大的变形。
04
板材冲压成形的缺陷与质量控制
起皱与破裂
起皱
在板材冲压过程中，由于材料的流动应 力、切向压应力或切向应变率等因素影 响，板料在弯曲变形区出现多余的金属 材料聚集，形成皱纹的现象。
模具设计
模具是实现板材冲压成形 的重要工具，其设计直接 影响产品的质量和生产效 率。
材料性能
材料的塑性、强度、韧性 等性能对冲压成形效果有 重要影响。
02
板材冲压成形的工艺流程
原材料准备
原材料选择
根据产品要求选择合适的板材，如不锈钢、碳钢板、铝板等 。
板材的剪裁与切割
将大块板材剪裁成适合冲压的小块，并进行必要的切割。
VS
破裂
在板材冲压过程中，由于材料的抗拉强度 不足或变形量过大，导致板料出现裂纹或 断裂的现象。
回弹与畸变
回弹
在板材冲压过程中，板料弯曲变形后，当外 力去除时，由于弹性变形恢复，弯曲角度会 发生变化的现象。
板料冲压成形性能及冲压材料
板料冲压成形性能及冲压材料板料的冲压成形性能板料对各种冲压成形加工的适应能力称为板料的冲压成形性能。
具体地说，就是指能否用简便地工艺方法，高效率地用坯料生产出优质冲压件。
冲压成形性能是个综合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有两个主要方面：一方面是成形极限，希望尽可能减少成形工序；另一方面是要保证冲压件质量符合设计要求。
下面分别讨论。
(一)成形极限在冲压成形中，材料的最大变形极限称为成形极限。
对不同的成形工序，成形极限应采用不同的极限变形系数来表示。
例如弯曲工序的最小相对弯曲半径、拉深工序的极限拉深系数等等。
这些极限变形系数可以在各种冲压手册中查到，也可通过实验求得。
依据什么来确定极限变形系数呢？这要看影响成形过程正常进行的因素是哪些。
冲压成形时外力可以直接作用在毛坯的变形区（例如胀形），也可以通过非变形区，包括已变形区（例如拉深）和待变形区（例如缩口、扩口等），将变形力传给变形区。
因此，影响成形过程正常进行的因素，可能发生在变形区，也可能发生在非变形区。
归纳起来，大致有下述几种情况：1.属于变形区的问题伸长类变形一般是因为拉应力过大，材料过度变薄，局部失稳而产生断裂，如胀形、翻孔、扩口和弯曲外区等的拉裂。
压缩类变形一般是因为压应力过大，超过了板材的临界应力，使板材丧失稳定性而产生起皱，如缩口、无压边圈拉深等的起皱。
2.属于非变形区的问题传力区承载能力不够：非变形区作为传力区时，往往由于变形力超过了该传力区的承载能力而使变形过程无法继续进行。
也分为两种情况：1)拉裂或过度变薄；例如拉深是利用已变形区作为拉力的传力区，若变形力超过已变形区的抗拉能力，就会在该区内发生拉裂或局部严重变薄而使工件报废。
2)失稳或塑性镦粗：例如扩口和缩口工序是利用待变形区作为压力的传力区，若变形力超过了管坯的承载能力，待变形区就会因失稳而压屈，或者发生塑性镦粗变形。
非传力区在内应力作用下破坏：非变形区不是传力区时，由于变形过程中金属流动的不均匀性，也可能产生过大的内应力而使之破坏。
激光冲击成形
—以中厚板材为例
1.激光冲击成形简介
激光冲击成形(LaserShockForming,LSF) 是利用激光诱导高幅冲击波的力效应使板 料产生塑性变形的一种新技术。 激光冲击成形技术有效克服了板材成 形过程中的回弹问题,同时提高了工件的抗 疲劳和抗腐蚀性.激光冲击成形技术作为一 种快速敏捷的先进制造技术,将在金属板料 的塑性精确成形领域显示出巨大的生命力. 激光冲击成形由于能实现大型中厚板 材的精确成形,且在成形表层产生高硬度和 很高幅值的残余压应力，显著提高疲劳寿 命.
4.激光冲击成形技术的应用领域
(1)航空航天工业 a.金属板料冲击成形后形成很深的高幅值残余压应力,显著提高疲劳寿命,特别 适合于制造有抗疲劳要求的钣金件。 b.由于是全塑性弯曲,无回弹,解决了常规工艺反复试模问题,特别适合小曲率板 料弯曲成形。 c.导弹、火箭及核反应堆中核反应金属罐容器等零部件的成形加工。 (2)汽车和模具制造业 由于汽车覆盖件大都属于浅拉延件,很适合于激光冲击成形加工,这样可省 去或减少汽车覆盖件模具数量,节省大量的费用,大大缩短汽车开发的周期,产生 巨大的经济效益和社会效益。 (3)船舶制造业 激光冲击成形由于能实现大型中厚板材的精确成形,且在成形表层产生高硬 度和很高幅值的残余压应力,有效提高船舶的装配质量和使用寿命,同时能大大 缩短产品的研制周期.Biblioteka 3.影响激光冲击成形的主要因素
1. 涂层 在激光冲击加工过程中,在金属板料表面涂覆一层对激光波长不透明的黑色 涂层，对激光的吸收率较高,易于提高冲击波峰值压力，铅、锌及黑漆、液墨 等都是有效的表面吸收材料。 2 .约束层 在涂层的外面覆盖的一层透明材料称之为约束层。理论和实验研究都表明: 约束层阻碍了等离子体的膨胀,增强了与激光能量的耦合和冲击波的相互作用。 因此,约束层结构能有效提高激光诱导冲击波的峰压值,增加冲击波的脉宽。在 约束模式下冲击波峰压达到10GPa. 3 .激光参数 激光参数的选取对于激光冲击成形效果有很大的影响 。 4.板料尺寸和外形 坯料的外形尺寸越小,其变形量越大。这是因为坯料外径越小,压边面积越小, 材料流动就越容易。
哈工大研究生板材成型性能实验报告
Harbin Institute of Technology实践环节实验报告课程名称：金属板材成型性能测试与评价院系：材料科学与工程学院学生：孙巍学号：哈尔滨工业大学实践环节-杯突实验报告一、实验目的1、学习确定板材胀形性能的实验方法；2、了解金属薄板试验机的构造及操作。
二、实验内容将板材用模具压好，冲头以一定的速度冲压板材，直至板材出现裂缝为止三、实验原理板材的冲压性能是指板材对各种冲压加工方法的适应能力。
目前，有关板材冲压性能的试验方法，概括起来可分为直接试验和间接试验两类。
而直接试验法又包括实物冲压试验和模拟试验两种。
模拟试验，即把生产实际存在的冲压成形方法进行归纳与简化处理，消除许多过于复杂的因素，利用轴对称的简化了的成形方法，在保证实验中板材的变形性质与应力状态都与实际冲压成形相同的条件下进行的冲压性能的评定工作。
为了保证模拟试验结果的可靠性与通用性，规定了十分具体的关于实验用工具的几何形状与尺寸、毛坯的尺寸、实验条件。
杯突实验是目前应用较多，而且具有普遍意义的模拟试验方法之一。
杯突实验时，借助杯金属薄板试验机进行。
用一规定的球状冲头向夹紧于规定球形凹模内的试样施加压力，直至试样产生微细裂纹为止，此时冲头的压入深度称为材料的杯突深度值。
板材的杯突深度值反映板材对胀形的适应性，可作为衡量板材胀形、曲面零件拉深的冲压性能指标。
四、实验设备及用具试验机一台、杯突实验模具、游标卡尺、深度尺等。
五、实验步骤1、先了解金属薄板试验机的结构、原理和操作方法，了解各按钮的作用；2、装好模具；3、把试样清洗干净，在试样与冲头接触的一面和冲头球面上涂上润滑油，把试样放在下模上。
4、将下模向上提起，压好试样。
按下压边按钮，设定压边力。
5、按中心活塞上行按钮，注意观察试样。
当试样圆顶附近出现有能够透光的裂缝时，迅速停止。
6、将下模向下移动，然后将冲头向下移动，取出试件。
7、实验完毕后，将模具拆下。
实践环节-拉深实验报告一、实验目的1、了解拉深过程中拉深系数(或毛坯直径)、润滑、压边圈、凸凹模间隙、拉深高度等因素对拉深件质量的影响。
板料成形技术的原理
板料成形技术的原理板料成形技术是一种将金属或非金属板料通过应用力、热量或化学反应等方式，使其发生形状改变的加工方法。
它是金属成型技术的重要分支之一，广泛应用于汽车、航空航天、电子通信、建筑等领域。
板料成形技术的原理可以归纳为以下几个方面：1. 弹性变形原理弹性变形原理是指在加载作用下，板料发生弹性变形而不会发生永久性变形或断裂。
在板料成形过程中，利用材料自身的弹性回复性能，通过施加外力使其发生形状改变。
这种原理适用于一些薄板的成形，如冲压、弯曲等工艺。
2. 塑性变形原理塑性变形原理是指在加载作用下，板料发生永久性变形而不恢复到原来的形状。
在板料成形过程中，通过施加足够大的应力使板料发生塑性变形，以获得所需的形状。
这种原理适用于深冲、拉伸、压缩等工艺。
塑性变形原理的关键在于控制加载过程中的应力和变形，以避免板料过度塑性变形而引起断裂。
3. 热变形原理热变形原理是指通过加热板料使其塑性增加，然后再施加力量使其发生塑性变形。
板料的塑性与温度密切相关，一般情况下，热变形温度要低于材料的熔点，以避免熔化。
热变形可以改变材料的结构和性能，扩大塑性变形范围，提高板料的成形性能。
热变形原理适用于复杂形状的成形，如热深拉、热冲压等工艺。
4. 化学反应原理化学反应原理是指通过在板料表面产生化学反应，改变板料的表面性质从而达到成形的目的。
常用的化学反应方法有电镀、化学腐蚀等。
通过这些方法，可以在板料表面形成一层新的物质，改变其摩擦、润滑、耐蚀性等性能，以便进行成形。
总之，板料成形技术的原理主要包括弹性变形、塑性变形、热变形和化学反应。
不同的板料成形工艺根据材料的特性和形状要求，选择适合的原理和方法进行成形。
通过合理控制成形参数和工艺流程，可以实现对板料的精确成形，满足不同工业领域对于各种复杂形状的需求。
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
板料的力学性能与成形性能
板料的力学性能与成形性能汽车车身钣金件生产过程中，经常遇到一些不明具体原因的停台，我们将其中的一些归类为材料停台：比如说，这一拍料生产时很顺利，一换另一拍料板料就缩径拉裂、四处开花。
但是，我们并不清楚材料哪里出了问题。
我们明眼就能看出的板料问题：如板料脏、有杂物（灰尘、料屑、皮带上的杂物等）、板料锈蚀和夹杂、坑包和棱子。
但是这和板料内部的性能并没有太大的关系。
那么，板料的力学性能包括哪些方面，它们具体指什么，与板料的成形有什么关系呢？厂家提供的质量说明书中包含的内容有：①卷料的基本尺寸、重量；②化学成分；③室温拉伸试验得到的力学性能参数；④镀层重量。
其中，力学性能参数包括屈服强度（yield strength，87版国标为σs，2002版国标为R eL）、抗拉强度（tensile strength，87版国标为σb，2002版国标为R eM）、延伸率（elongation，87版国标δ，现用国标为A）、垂直轧制方向的应变硬化指数（n）、塑性应变比（R，也叫厚向异性系数）这五个参数。
这些力学性能参数都是通过取垂直板材轧制方向取样后，进行单向拉伸试验后得到的。
因此，在了解这些力学性能参数之前，先讨论一下拉伸试验是有必要的。
进行拉伸试验后，可以得到载荷—行程曲线，经过转换后得到一条应力—应变曲线。
应力的概念类似于压强，是指单位面积上力的大小。
工程应变指试样在单位长度上的变形相对于原长度的百分比。
下图是产生微量变形时的应力—应变曲线。
板料在开始产生塑性变形前，先产生弹性变形。
对于目前车间使用的钢板、铝板，均没有像低碳钢那样的屈服台阶，所以我们一般取产生0.2%应变时的应力为板材的屈服强度。
我们把整个成形过程中的最大应力（也是缩颈开始产生时的应力）称为抗拉强度。
断裂时试样的伸长比例，称为板料的延伸率。
屈服应力大小直接影响冲压力及成形后回弹量大小。
在相同工艺条件下，低的屈服强度板材成形后回弹量小，形状更稳定。
钢板热冲压新技术介绍
钢板热冲压新技术介绍一、本文概述随着汽车工业的快速发展，对汽车零部件的性能要求日益提高，特别是在安全性、轻量化和节能减排方面。
钢板热冲压技术作为一种先进的金属成形工艺，以其独特的优势在这些领域发挥着重要作用。
本文旨在全面介绍钢板热冲压新技术，包括其基本原理、工艺流程、设备配置、材料选择以及应用领域等方面的内容。
通过深入了解钢板热冲压新技术，可以为汽车工业及其他相关领域的技术进步和创新发展提供有益的参考和借鉴。
二、传统钢板热冲压技术概述传统钢板热冲压技术，也被称为热成形或热压成形，是一种广泛应用于汽车制造业的金属成形工艺。
该技术主要利用高温下金属材料的良好塑性，通过在红热状态下对钢板进行冲压，以实现复杂形状和高强度构件的制造。
在传统的钢板热冲压过程中，钢板首先被加热到奥氏体相变温度以上，使其具备足够的塑性。
随后，在高温条件下，钢板被迅速转移到冲压模具中，利用模具的压力和形状，使钢板发生塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
完成冲压后，零件通过淬火和回火等热处理工艺，获得高强度和高硬度的马氏体组织。
传统钢板热冲压技术的优点在于能够制造出高强度、高刚度的复杂形状零件，这些零件在汽车工业中广泛应用于车身结构、底盘部件以及安全系统等关键部位。
该技术还能够实现零件的轻量化，降低整车的能耗和排放。
然而，传统钢板热冲压技术也存在一些局限性。
高温操作对设备和模具的材料要求较高，增加了制造成本。
热冲压过程中需要精确控制加热温度、冲压速度和冷却速率等参数，以确保零件的质量和性能。
由于热冲压过程中金属材料的流动性和成形性受温度影响较大，因此对于一些形状复杂或尺寸精度要求较高的零件，制造难度较大。
随着科技的不断进步和汽车工业的发展，传统钢板热冲压技术也在不断创新和完善。
目前，研究人员正致力于探索新型加热方式、优化冲压工艺参数以及开发高性能的模具材料等方面的工作，以期进一步提高热冲压技术的成形精度、生产效率和经济效益。
三、钢板热冲压新技术介绍随着现代工业的快速发展，钢板热冲压技术作为一种先进的金属成型工艺，正日益受到业界的广泛关注和应用。
板料多点柔性成形技术的研究进展与应用
形 技 术 的 研 究 在 国 内 外 普 遍 开 展 起 来并 得 到 很 大 的 进 展 。 多
点 柔 性 成 形 技 术 是 柔 性 成 形 技 术 之 一 ，其 通 过 数 控 系 统 的 支
撑 ， 将 传 统 的 整 体 模 具 离 散 化 ，变 成形 状 可 变 的 “ 重 构 模 可
具 ” ，特 别适 合 新 产 品 的开 发 和 小 批 量 生 产 。
后 再 通 过 试 模 生 产 检 验 冲 压 件 是 否 符 合 产 品 的 设 计 要 求 。 不 仅 产 品 的 制 造 周 期 长 ， 而 且 消 耗 大 量 的 人 力 物 力 。 随 着 信 息
２ 多点 柔 性 成 形 基 本 原 理
Ｋ ｅ ｗ ｏｒ ｓ ｍ ｕｌｉｐｏ ｎｔ ｆｅ ｂ ｅ ｅ ｏ ｉ ｙ ｄ ： ｔ． ｉ ， ｌ ｘｉ ｌ ，ｒ ｃ ｎｆｇｕｆ ｂｌ ｉ ａ ｅｄ ｅ
模 是家基发是 具一１ 展国 工个引石 水家 业国济， 平 的 其 经 言
工 业 发 展 水 平 的 标 志 之 一 。 传 统 冲 压 生 产 过 程 主 要 是 依 靠 技 术 人 员 的 经 验 设 计 冲 压 工 艺 和 模 具 ， 然
多 点 成 形 （ ｕ ｔ． ｏ ｎ Ｆ ｒ ｎ Ｍ ｌｉｐ ｉ ｔ ｏ ｍｉ ｇ， 简 称 Ｍ Ｐ ） 心 原 Ｆ核
理 足 将 传 统 的 整 体 模 具 离 散 成 一 系 列 规 则 排 列 、 高 度 可
调 的 基 本 体 ， 利 用 离 散 点 构 成 的 三 维 包 络 面 实 现 成 形 ， 通
ｓ ｅ ｅ ａ ｈｅ ｔ ｍ ｔ ｌ
Ｌｉ ｈｕｉ ｉ Ｇ ｕｏ ｅ ｇａ ｍ ｎ， ｗ ｉ ｎｇ
（ ｎ ｚ ｕ Ｖｏ ａ ｉ ｎ ｌａ ｄ Ｔｅ ｈｎ ｃ ｌＣｏｌ ｇ ｉ ｎ ｅ ｔｉ ａ ｉ ｅ ｓｔ ， Ｈａ ｇ ｈｏ ｃ ｔｏ ａ ｎ ｃ ｉａ ｌ ｅＦｒｅ ｄ Ｅｌｃ ｒｃ ｌＵｎ ｖ ｒｉｙ ｅ Ｈａ ｇ ｈｏ ｎ ｚ ｕ，３ ０ １ ， ｉ ） ０ ８ Ｃｈ ｎａ １
板料无模成形技术——热应力成形
度 高 于 背 面 的 温 度 ， 使 加 热 面 这
金 属 在 膨 胀 时 受
到 周 围冷 金 属 的 限 制 ，因 面 在 加 热 区 产 生 压 缩 塑 性 变 形 ， 源 移 热
去 后 ， 板 厚 方 在
１ 水６ Ｏ年 代初期 开始 研究水 火弯板 工 艺 ， 目前 水火 弯 板工 艺仍 然是我 国各类 船 厂使用 最为 广泛 的弯板 工
艺方 法之 一 ，Ｏ 以上 复 杂船 体 曲面板 都 可 以用该 ９
法进 行弯 曲加工 。
１ ３ 水火 弯板成 形 工艺存在 的不 足及 研究 方 向 ．
如 图 １ 示 ， 火 弯板 是 指 用 氧 一 乙炔 焰 沿 预 所 水 定 的加热 线对板 材 进 行局 部 线状 加 热 ， 用 水 进行 并 跟 踪冷却 ， 使板 材产 生局部塑 性变形 ， 而将板 材 弯 从 成所 要求 的 曲面形状 的一 种 弯板 方 法 ， 称 为线 状 也 加热 法［ 。 由于在 水 火 弯板 时 ， 热 火焰 的移 动 速 ３ ］ 加 度较快 ， 在加热处 板材 的厚度 方 向存在较 大 的温 故
以实现 对加热 区域 、 热 深 度 和加 热 功 率 的精 确 控 加
制 ；）影响成 形 的因素 较多 ， ２ 成形规 律较 难掌握 ， 目
作 者 简介 ： 华 东 （ ９ ３ ） ， 士 ， 事 设 备 状 态 检 测 及 故 孙 １８ 一 男 硕 从 障 诊 断 方 面研 究 。
收稿 Ｅ期 ：０ ７年 ５月 １ ｌ ｌ ２０ ０Ｅ
向产 生 收 缩 变 形
图 １ 水火弯板成形示意图
的 同时 ， 板加 热面 产生拉 应力 ， 钢 结果 使板材 产生 弯 曲变形 。用水跟 踪 冷 却 的作 用 在 于加 大 这 种 变形 ，
第6章 板料的冲压成形性能与成形极限
沈阳航空工业学院
主讲：贺平
6、1 冲压成形区域与成形极限
一、概述 板料对冲压成形工艺的适应能力叫板料的冲压成形性能 冲压成形性能。 冲压成形性能 板料在成形过程中可能出现两种失稳： 拉伸失稳：板料在拉应力作用下局部出现颈缩或破裂。 拉伸失稳 压缩失稳：板料在压应力作用下出现皱纹。 压缩失稳 板料在发生失稳之前可以达到的最大变形程度叫成形极 成形极 限。 成形极限分为总体成形极限和局部成形极限。 成形极限 总体成形极限反映板料失稳前某些特定的总体尺寸可以达 到的最大变化程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极限翻 边系数等，它们常被用作工艺设计参数。
伸长类应变指：成形过程中材料主要受拉应力作用，产生 的伸长变形导致厚度减薄； 压缩类应变指：成形过程中材料主要受压应力作用，产生 的压缩变形导致厚度增大； 弯曲应变指： 弯曲成形过程中，外区受拉，属于伸长类 成形，内区受压，属于压缩类应变。
（表6-1） （图6-7）
Байду номын сангаас 6、2 冲压成形性能试验方法与指标
局部成形极限反映板料失稳前局部尺寸可达到的最大变化 程度，如成形时的局部极限应变即属于局部成形极限。 成形极限图（FLD）就是由不同应变路径下的局部极限应 变构成的曲线或条带形区域，它全面反映了板料在单向和双向 拉应力作用下抵抗颈缩或破裂的能力，常被用来分析解决成形 时的破裂问题。 板料的冲压成形性能包括：抗破裂性、贴模性、定型性。 贴模性指板料在冲压过程中取得模具形状的能力。 贴模性 定型性指零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。 定型性 目前主要以抗破裂性作为评定板料冲压成形性的指标。
模拟试验，是指模拟某一类实际成形方法来成形小尺寸 试样的板料冲压试验。 1、胀形成形性能试验 2、扩孔成形性能试验 3、拉深成形性能试验 （1）、圆柱形平底凸模冲杯试验 （2）、TZP试验 4、弯曲成形性能试验 5、“拉深—胀形”复合成形性能试验
冲压工艺--板料的冲压成形性能与成形极限
2福井、吉田扩孔试验 鉴于板材冲压成形性能的不断提高，在标准的
KWI扩孔试验装置上进行扩孔试验，某些塑性很高的 板料无法分出优劣。因此，为了加大各种板材的试验 差值，提高试验精度，日本的福井伸二、吉田清太提 出了另一种型式的扩孔试验——利用球形冲头的扩孔 试验。
t0
Dp
备注
0.5以下 10.~20 2ri≈0.2Dp 0.5~2.0 30~50 D0≥2.5Dp 2.0以上 50~100
3杯形件拉深试验（Swift试验）
Swift试验是以求极限拉深比LDR作为评定板材拉 深性能的试验方法。 试验所用装置与试验标准分别见图和表。
Swinft试验装置（1-冲头 2-压边圈 3-凹 模 4-试件）
n i1 N
i1 i1 N
N (xi )2 ( xi )2
i 1
i 1
r值测量计算 根据r值的数学定义，有：
r=εb/εt 式中：r 塑性应变比 εb、εt 试样宽度、厚度方向的真实应变 b 试样拉伸变形后标距内的宽度 b0 试样标距内的原始宽度 t 试样拉伸变形后的厚度 t0 试样原始厚度
1 扩孔试验 KWI 扩孔试验
KWI扩孔试验是由德国的KWI研究所首先提出。 扩孔试验作为评价材料的翻边性能的模拟试验方 法，
是采用带有内孔直径为d0的圆形毛坯，在图 所示的模具中进行扩孔，直至内孔边缘出现裂纹 为止。测量此时的内孔直径d f，并用下式计算 极限扩孔系数λ
式中：do—试样内孔的初始直径（mm）； df—孔缘破裂时的孔径平均值（mm）。
法，简单、可靠，并能清楚反映材料受外力时 表现出的弹性、塑性和断裂三个过程。因此， 拉伸试验是评价板材基本力学性能及成形性能 的主要试验方法。
3-2板料冲压成形性能及极限
局部成形极限 反映板料失稳 前局部尺寸可 以达到的最大 变形程度。
总体成形极限 反映板料失稳 前总体尺寸可 以达到的最大 变形程度。
（2）成形极限图 概念
成形极限图（FLD） 是用来表示金属薄板在变 形过程中，在板平面内的 两个主应变的联合作用下， 某一区域发生减薄时，就 可以获得的最大应变量。
成形极限图的应用
FLD可以用来评定板料的局部成形，成形极限图的应变水平越高， 板料的局部成形性能越好。
FLD可用来判断复杂形状冲压件工艺设计的合理性，在板成形的 有限元模拟中，成形极限图被用来作为破裂的判断准则。
FLD可用来分析冲压件的成形质量，并提供改变原设计中成形极 限的工艺对策，以消除破裂或充分发挥材料的成形能力。
FLD可用来对冲压生产过程进行监控，及时发现和解决潜在发展 的不利因素，以保轴、短 轴的尺寸即为变 形过程中，厚度 发生减薄，得到 最大变形量。
计算出椭圆的长 轴、短轴应变， 可得出次点的极 限应变。
取得足够的试验数据后，以椭圆的长轴应变ε1为纵坐 标，短轴应变ε2为横坐标，就可以绘制出成形极限图。
成 形 极 限 图
图中的阴影区域叫做临界区，变形如果位于临界区，说明此 处板材有濒临破裂的危险。因此FLD是判断和评定板材成形性能的 最简单和最直观的方法。
板料冲压成形性能及 极限
2．板料成形极限和成形极限图 （1）板料成形极限 板料在成形过程中可能出现两种失稳现象：
一种是拉伸失稳，板料在拉 应力作用下局部出现断裂或
缩颈；
另一种叫做压缩失稳，板料 在压应力作用下出现起皱。 板料在失稳之前可以达到的 最大变形程度叫做成形极限。
成形极限分为局部成形极限和总体成形极限。
绘制 实验之前，通过化学腐蚀法在板料表面制出
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板料成形有限元分析的发展综述摘要：在参阅和分析大量有关文献的基础上，对有限元法的产生和弹塑性有限元的发展进行了总结，特别是对当前应用广泛的板料成形有限元数值模拟在国内外的发展概况和发展趋势进行了详尽的剖析，为深入了解板料成形有限元的发展提供了有益的参考。
关键词：板料成形；数值模拟；有限元法；有限元分析；弹塑性引言有限单元法是工程计算领域的一种主要的数值计算方法，其基本思想就是将连续区域上的物理力学关系近似地转化为离散规则区域上的物理力学方程。
它是一种将连续介质力学理论、计算数学和计算机技术相结合的一种数值分析方法。
此方法由于其灵活、快捷和有效，已迅速发展成为板料冲压成形中求解数理方程的一种通用的数值计算方法。
有限元法源于40年代提出的结构力学的矩阵算法。
“有限元法”这一术语是R.W.Clough于1960年在论文“The finite element method in plane stress analysis”中首次提出来的，他用这种方法首次求解了弹性力学的二维平面应力问题。
1963年，Besseling证明了有限元法是基于变分原理的Ritz法的另一种形式，从而使Ritz分析的所有理论基础都适用于有限元法，确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。
板料成形数值模拟涉及到连续介质力学中材料非线性、几何非线性、边界条件非线性等三非线性问题的计算，难度很大。
随着非线性连续介质力学理论、有限元法和计算机技术的发展，通过高精度的数值计算来模拟板料成形过程已成为可能。
从70年代后期开始，经过近二十年的发展，板料成形数值模拟逐渐走向成熟，并开始在汽车、飞机等工业领域得到实际的应用。
1 弹塑性有限元分析研究发展概况有限元法建立之初，只能处理弹性力学问题，无法应用于金属塑性成形分析。
1965年Marcal提出了弹塑性小变形的有限元列式求解弹塑性变形问题，揭开了有限元在塑性加工领域应用的序幕。
1968年日本东京大学的Yamada推导了弹塑性小变形本构的显式表达式，为小变形弹塑性有限元法奠定了基础。
但小变形理论不适于板料冲压成形这样的大变形弹塑性成形问题，因此人们开始致力于研究大变形弹塑性有限元法。
1970年美国学者Hibbitt等首次利用有限变形理论建立了基于Lagrange格式（T.L格式）的弹塑性大变形有限元列式。
1973年Lee 和Kabayashi提出了刚塑性有限元法。
1973年Oden等建立了热-弹粘塑性大变形有限元列式。
1975年Mcmeeking建立了更新Lagrange格式（U.L格式）的弹塑性大变形有限元列式。
1978年Zienkiewicz等提出了热耦合的刚塑性有限元法。
1980年Owen出版了第一本塑性力学有限元的专著，全面系统地论述了材料非线性和几何非线性的问题。
至此，大变形弹塑性有限元理论系统地建立起来了。
2 板料成形有限元数值模拟国内外研究发展概况在有限元法用于金属塑性成形分析之前，人们主要是用实验分析方法来了解金属的塑性成形性能，为设计提供依据。
例如Keeler提出的成形极限图（FLD-Forming Limit Diagram）概念描述了板料在发生颈缩前所能承受的最大局部塑性变形，并得到广泛应用。
有限元法在板料成形中的应用始于70年代，最初是从分析简单的轴对称问题开始。
1973年，Lee提出刚塑性有限元法，并把这一方法用于分析冲压成形问题，这是人们第一次用有限元方法来模拟冲压成形过程。
随后，Iseki等用弹塑性增量型有限元法模拟了液压胀形过程。
1976年，Wifi基于轴对称理论，用弹塑性增量型有限元法模拟了圆形坯料在半球凸模下的胀形和深拉伸过程。
1977 年，在美国通用汽车公司召开的一个关于板料成形过程力学分析的研讨会上，Kabayashi用刚塑性有限元法模拟了板料液压胀形和半球形凸模作用下的拉延过程。
自此，板料冲压成形数值模拟沿着这两篇文章开创的道路发展起来。
1978 年，Wang基于非线性薄壳理论采用弹塑性全Lagrange方法对一般形状的冲压成形问题进行了分析，Onate基于非牛顿流体的流动理论，用粘塑性有限元法分析了非轴对称情形下的胀形和拉延过程。
1980年，Oh首先比较了冲压成形过程的刚塑性有限元解和弹塑性有限元解，然后用刚塑性有限元法对成形中的拉延过程进行了分析。
1985年，Toh采用板壳单元的刚塑性有限元法分析了三维方盒形件的拉延过程。
1986年，Yang建立了平面塑性各向异性的刚塑性有限元列式。
1988年，板料成形数值模拟在实用性方面取得了较大的进步。
Nakamachi用弹塑性有限元法对方盒形拉延件进行了分析，取得了和试验一致的结果。
美国的Tang用弹塑性壳单元方法分析了车门板的成形过程。
1989年，在NUMIFORM会议上，Honecker给出了油盒成形过程的数值模拟结果，并描述了成形过程中可能出现的起皱情况。
此后，板料成形过程的数值模拟在汽车工业领域的研究成为了热点。
进入90年代后，板料成形分析向CAD/CAE/CAM一体化方向发展，开发了“虚拟制造系统”（Virtual Manufacturing System），同时有限元的显式积分算法也逐步进入板料成形领域，并把理论研究逐步推向了实际。
随着板料成形有限元数值模拟研究的发展，大量的研究工作不断在有关国际会议和刊物上发表。
为了促进板料成形模拟技术的研究和发展应用，除了传统的塑性成形数值模拟国际会议NUMIFORM（Numerical Simulation of Metal Forming Process）外，国际上还发起了定期召开的国际板料成形数值模拟会议（International Conference on Numerical Simulation of Metal Forming Processes），简称NUMISHEET，迄今已举办过五届。
在国内，板料成形数值模拟研究起步于80年代末。
1987年上海交通大学的曾宪章对刚塑性有限元在金属塑性成形中的应用作了比较深入的研究，对杯-杯复合挤压及杆-杆复合挤压时的金属变形规律作了详细的探讨，并在微机上完成了一个以轴对称工件冷挤压工艺数值模拟为主的刚塑性有限元程序。
同年，华中理工大学的李尚健等人推广了Kirchhoff提出的刚塑性变形时外力边界与相对速度有关的广义变分原理，给出了刚塑性变分原理的新形式，对刚塑性有限元中的约束进行了分析，对两种不同摩擦条件下的镦粗过程进行了分析计算。
1990年，北京航空航天大学的熊火轮采用ADINA程序模拟了宽板的拉延、液压胀形以及汽车暖风罩的成形过程。
由于ADINA程序主要适用于非线性结构计算分析，处理接触边界的能力有限，不能直接用来模拟板料成形过程，所以文中采用了一种“分步修正法”处理板料成形过程中的动态接触问题。
1991年，华中理工大学的董湘怀采用薄膜三角形单元，建立了用于板料成形分析的有限元模型，编制了盒形零件和机油收集器的成形过程分析的程序。
吉林工业大学的胡平等建立了可合理反映塑性变形导致材料模量软化，并能描述由正交法则向非正交法则光滑过渡的弹塑性有限变形的拟流动理论。
柳玉起等利用胡平等提出的理论，将各种非经典本构模型引入弹塑性大变形有限元法中，基于HILL的各向异性屈服理论，采用Mindlin曲壳单元对方盒拉伸成形过程突缘起皱现象进行了模拟。
哈尔滨工业大学郭刚采用大变形弹塑性有限元法对直壁类冲压零件的成形过程以及破裂现象进行了分析，建立了相应的有限元数值模拟系统。
湖南大学的李光耀开展了板料成形过程的有限元显式程序的开发研究，并基于主仆接触算法和Hill各向异性屈服准则对S形轨与汽车挡泥板等标准考题进行了模拟研究。
徐康聪利用有限元数值模拟技术对汽车车身覆盖件的冲压成形过程进行了分析，对其中的几何形体描述、材料非线性和接触算法等进行了系统的研究，并提出了并环设计概念以及并行设计方法。
此外，上海交通大学阮雪榆采用库仑摩擦模型和常剪力模型模拟了圆形板料在半球形冲头的拉胀成形和柱状冲头下的成形过程。
进入90年代后期以来，大批关于板料成形数值模拟研究的论文在国内涌现，其中既有基于独立开发有限元软件的基础性研究成果，也有利用现有商业专业软件的应用实例，并且板料成形数值模拟技术也开始由高校和实验室走向企业。
3 板料成形有限元分析方法的发展趋势纵观当今国际上CAE有限元分析软件的发展情况，可以看出有限元分析方法的发展趋势主要体现在以下几个方面：3.1 与CAD软件的无缝集成当今有限元分析软件的一个发展趋势是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到CAE软件中进行有限元网格划分并进行分析计算，如果分析的结果不满足设计要求则重新进行设计和分析，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。
为了满足工程师快捷地解决复杂工程问题的要求，许多商业化有限元分析软件都开发了和著名的CAD软件（例如Pro/E、Solidworks、AutoCAD等）的接口。
有些CAE软件为了实现和CAD软件的无缝集成而采用了CAD的建模技术，如ADINA软件由于采用了基于Parasolid内核的实体建模技术，能和以Parasolid为核心的CAD 软件（如Unigraphics、SolidWorks、SolidEdge）实现真正无缝的双向数据交换。
3.2更为强大的网格处理能力有限元法求解问题的基本过程主要包括：分析对象的离散化、有限元求解、计算结果的后处理三部分。
由于结构离散后的网格质量直接影响到求解时间及求解结果的正确性与否，近年来各软件开发商都加大了其在网格处理方面的投入，使网格生成的质量和效率都有了很大的提高，但在有些方面却一直没有得到改进，如对三维实体模型进行自动六面体网格划分和根据求解结果对模型进行自适应网格划分，除了个别商业软件做得较好外，大多数分析软件仍然没有此功能。
自动六面体网格划分是指对三维实体模型程序能自动地划分出六面体网格单元，现在大多数软件都能采用映射、拖拉、扫略等功能生成六面体单元，但这些功能都只能对简单规则模型适用，对于复杂的三维模型则只能采用自动四面体网格划分技术生成四面体单元。
对于四面体单元，如果不使用中间节点，在很多问题中将会产生不正确的结果，如果使用中间节点将会引起求解时间、收敛速度等方面的一系列问题，因此人们迫切地希望自动六面体网格划分功能的出现。
自适应性网格划分是指在现有网格基础上，根据有限元计算结果估计计算误差、重新划分网格和再计算的一个循环过程。
对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的某些区域将会产生很大的应变，引起单元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划分。
自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展、薄板成形等大应变分析的必要条件。