板料成形数值模拟项目建议书

板料成形数值模拟项目建议书
目录
1 目标和意义
通过实施在世界上成形模拟应用的最专业、最成熟、最广泛的板料成形模拟解决方案来解决板料件模具设计和生产过程中的各种问题。

（1）板料成形模拟解决方案要全面、专业、快速、使用方便的解决板料件模具设计生产过程中的模具设计问题、下料尺寸估算问题、成形精确模拟问题（保证成形后产品的质量）和模具回弹自动补偿问题。

（2）板料成形模拟解决方案要能够提高板料件的模具设计效率，缩短模具从设计到投入生产的周期，提高工艺部门和设计部门的协同效率，缩短产品开发周期，降低产品开发成本，提高产品的市场竞争力。

2 实施必要性
板料成形过程的数值模拟技术实质上就是在计算机上应用有限元仿真软件进行虚拟的板料成形试验,通过输入各种给定的条件和一些实际的实验参数,进行计算机数值计算模拟，通过分析模拟得到的结果来预测板料在成形过程中,各种缺陷产生的位置和分布程度,以此初步判断所选毛坯材料力学性能参数与模具工艺设计方案以及模具参数选择的合理性,同时借助数值模拟结果的三维动态显示可以详细地分析冲压成形的每一小步过程的情况,从而可以比较精确确定缺陷产生的具体原因以及找出相对应的解决办法来。

为了提高的制造水平和市场竞争力，为了改变以往板料件模具设计和生产过程中严重依赖设计人员的经验和多次的实际物理试模的落后的状况，我们必须采用专业的成熟的板料成形模拟解决方案解决板料件模具设计问题、下料尺寸估算问题、成形精确模拟问题（保证成形后产品的质量）和模具回弹自动补偿问题。

3 实施基础条件
(1) 购置最专业、最成熟、最可靠的板料成形模拟解决软件，为模拟解决各种板料成形问题提供最好的软件系统。

(2) 购置与软件运行相适应的计算机硬件系统和组建相应的网络平台，为软件运行做硬件准备。

(3) 安排相应的工作人员接受软件公司的培训，为熟练操作软件解决实际的问题做准备。

(4)确定采用软件模拟分析板料成形过程的流程，以及相关部门的工作人员的具体工作职责。

4 实施方案分析
4.1 ESI集团板料成形模拟解决方案介绍
ESI集团的板料成形模拟解决方案是包含模具设计、下料估计、快速分析、精确分析、耦合输出等的专业的成熟的板料成形模拟全面解决方案，是迄今为止世界上唯一整合了所有板金成形过程的有限元模拟解决方案，是世界上应用的最成熟、最广泛、最专业的板料成形分析软件，是融合了早期的前端可行性评估，几何和过程优化，及详细的过程验证于一个软件系统。

4.2 ESI集团板料成形模拟解决方案软件功能
ESI集团板料成形模拟解决方案的软件模块组成主要为：
PAM-DIEMAKER（模具设计模块）用于快速设计模具几何型面。

PAM-INVERSE（反算毛坯模块）用于反算实际成形生产过程中毛料估计问题。

PAM-QUIKSTAMP（快速成形评估模块）用于模具的快速成形性分析和快速可行性分析问题。

PAM-AUTOSTAMP（精确模拟，成形质量控制模块）用于板料成形过程精确模拟问题。

DIE COMPENSATION和ICAPP（成形回弹自动补偿模块）用于解决自动回弹补偿问题，输出进行回弹补偿后的模具几何模型。

(1) PAM-DIEMAKER----快速模具设计
PAM-DIEMAKER是基于有限元网格的快速数模面生成系统。

长期以来，模具表面的设计都采用CAD系统进行，由于复杂表面很难用数学公式直接表征，而且最终的数模表面必须考虑材料成形工艺性，破裂与皱纹甚至回弹等因素，在实际工程中，对这些CAD数模进行修改时碰到非常大的困难，随机性很大。

PAM-DIEMAKER 是ESI GROUP 与美国通用汽车和德国宝马汽车、大众汽车联合开发解决这一问题的非常有效工具。

PAM-DIEMAKER可以通过控制特征参数迅速地生成模具工艺补偿面和数模表面，之后可以配合PAM-QUIKSTAMP或PAM-AUTOSTAMP 等分析手段，对数模面的合理性进行分析，并可直接在网格上对数模表面进行修改，在对模面进行优化后可将最终的数模表面以IGES或VDA格式输出并反馈回CAD系统进行最后的模具设计和数控加工。

这种革命性的改进使得生产效率从传统的几个星期大大提高到一两天甚至几个小时从CAD模型输入零件几何参数后，高度参数化驱动的PAM-DIEMAKER能够让您在几分钟内完成模面和工艺补充面的设计与优化。

它能快速地通过参数迭代的方法获得实际的仿真模型，并快速地分析判断零件有无过切（负角）和计算出最佳的冲压方向，然后非常简
单地让您对模面和工艺补充面的几何形状进行修改，能够参数化地完成所有前期模具设计的控制，例如多步成形模具和多零件组合型模具设计。

显着优势
●零件设计可行性分析使用更真实参数并更早进入模拟阶段。

●通过将耗时的CAD工作减至最小显着加速方案规划过程。

●参数化表述是计算机辅助优化的先决条件。

●通过改进现有工艺补充面的设计将现有经验转变为资本。

●准确和快速地产生工艺补充面并以CAD表面文件输出以备CAD软件进一步处理。

●完整集成到PAM-STAMP 2G环境，能够进行快速成型评估和模具工艺补充面与压料面形
状的优化。

(2) PAM-INVERSE----下料估计
下料量估计主要采用PAM-INVERSE来完成，它采用一步成形逆算法，计算速度很快，可以准确预测板料的初始形状，同时也间接说明零件的可成形性和可行性，反算下料量程序界面和结果图如下图4-1所示。

图4-1 反算下料量程序界面和结果图
(3) PAM-QUIKSTAMP----快速可行性评估
PAM-QUIKSTAMP是快速成形模拟工具，一般在数分钟内即可完成一个模具快速成形分析，可用于设计早期可行性评估。

PAM-QUIKSTAMP是在数分钟内完成模具设计可行性评估最合适的工具，对于复杂部件也是如此。

一旦模具设计生成后，或者通过PAM-DIEMAKER或任何其他CAD系统，工程师需要通过评估不同模具几何参数检查成型性，例如压料面和工艺补充面。

而且，诸如板料形状，压延筋尺寸，定位和材料属性等过程参数需要进行评估。

PAM-QUIKSTAMP通过消除明显的差的设计选择，使得在设计过程的早期进行设计决策成为可能。

PAM-QUIKSTAMP利用任何现有模具设计发现折叠或撕裂的危险。

因为计算快速，PAM-QUIKSTAMP具有优化的良好基础，例如利用PAM-OPT作为优化工具。

利用初始几何（或过程参数）作为参考，PAM-QUIKSTAMP能够进行参数化优化，诸如压料力，板料位置和尺寸或压延筋位置及形状。

如图4-2所示，PAM-QUIKSTAMP可以在一小时内完成一个完整冲压过程的模拟，包括重力，压紧和成型，有助于用户消除差的设计选择。

例如，你可以轻松与PAM-DIEMAKER联合实现压料面和工艺补充面的优化。

模具
板料厚度
图4-2 压料面和工艺补充面的优化
显着优势
●快速和定性可行性分析。

●与实际过程相近的轻松过程设置。

●与PAM-DIEMAKER和PAM-AUTOSTAMP完全兼容。

●在PAM-DIEMAKER和PAM-QUIKSTAMP间轻松实现设计的迭代循环。

●轻松在PAM-AUTOSTAMP验证和质量控制的切换。

●对快速模具设计验证或判断过程或材料参数影响相当有用。

●稳定的求解器技术能够轻松实现优化循环。

(4)PAM-AUTOSTAMP----成形质量控制
PAM-AUTOSTAMP是一种基于材料物理学，对金属成形过程进行精确预测的软件。

PAM-AUTOSTAMP能提供金属成形过程的工业验证和可信的仿真，从而满足工程上的需求。

PAM-AUTOSTAMP使用独特的技术，使用户可以简便快捷的建立对复杂的多工序成形过程的单一仿真模拟模型，配合先进的可扩展求解器技术，可以最大程度的利用最新的计算机硬件资源。

PAM-AUTOSTAMP提供详细的仿真结果，以解决裂口、褶皱等有关成形性能的验证问题。

更突出的是，能够对一些精细的问题给出解答，例如滑移线、表面缺陷等。

PAM-AUTOSTAMP充分考虑了成形过程中的速度、温度、表面摩擦、压料力、冲床刚度等各种因素的影响，对预测成形过程中的材料流动、起皱、破裂和回弹等具有非常高的精度。

PAM-AUTOSTAMP采用的自动切边、隐式解法计算回弹、快速预压、抽象压延筋模型、成形零件刚度分析等辅助功能大大增强了软件的适用性，实现了软件模拟与实际成形的无缝贯通。

如图4-3所示，PAM-AUTOSTAMP通过优化工艺参数，可以消除很小的起皱和破裂。

图4-3 PAM-AUTOSTAMP优化工艺参数过程
显着优势
●精确成形工艺过程验证
●在同一个易用环境中模拟所有的工艺过程
●仿真技术经过工业实践证明和验证
●综合并最大限度优化软、硬件性能，最大化投资回报
●快速准确的回弹预测
●支持最新一代材料属性，包括铝合金、不锈钢、双相钢和高延度钢（TRIP）
●支持多工序成形
(5)DIE COMPENSATION和ICAPP----成形回弹自动补偿
模具回弹补偿过程是基于零件设计要求形状的虚拟修模迭代过程。

它是先按照零件的设计要求形状设计出初始模具形状，经过有限元离散后输入专业板料成形数值模拟软件PAM-STAMP 2G中，经过成形模拟和回弹计算分析，获得了板料成形回弹后形状。

将板料成形回弹前后形状和初始模具形状输入PAM-STAMP 2G中DIE COMPENSATION模块，软件将进行模具回弹自动补偿，得到模具修正后模具形状；然后将回弹补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析，将得到零件回弹计算后的形状与设计要求形状进行比较，判断两者的几何形状误差是否满足设计误差要求。

若满足设计误差要求，输出模具回弹补偿结果；若不满足设计误差要求，软件重新进行回弹自动补偿循环，直到得到符合设计误差要求的最好的模具回弹补偿结果。

DIE COMPENSATION和ICAPP进行自动回弹补偿功能非常强大，无须人为干预，回弹补偿过程自动完成，DIE COMPENSATION和ICAPP使用方法简单，是以目标为导向的软件工具。

利用PAM-STAMP 2G进行模具回弹补偿原理示意图如下图4-5所示，利用PAM-STAMP 2G 进行模具回弹自动补偿程序使用流程图如图4-6所示。

利用PAM-STAMP 2G进行模具回弹自动补偿实例结果图如图4-7所示。

DIE COMPENSATION和ICAPP主要技术特点：
●丰富的几何模型导入导出格式（catia v5，iges,，vda,，step， acis等）
●丰富的网格数据导入导出格式（stl， pol，nas， vrml， af， nc等）
●根据网格节点数据创建自由表面功能强大
●自动回弹补偿功能强大，无须人为干预，回弹补偿过程自动完成
●几何拓扑算法是智能和自动的
●补偿算法高效、回弹自动补偿计算时间很短
逆向工程功能强大，能够根据很少的表面数据逆向计算出几何模型的复杂的外表面图4-5 用PAM-STAMP 2G进行模具回弹补偿原理示意图
图4-6 用PAM-STAMP 2G进行模具回弹自动补偿程序使用流程图
图4-7用PAM-STAMP 2G进行模具回弹自动补偿实例结果图
4.3 ESI集团板料成形模拟解决方案的作用
(1)全面满足板料成形模具设计的不同阶段的需求。

从早期的模具设计，快速模具设计及参数化，以及模具型面优化，都可以利用
PAM-DIEMAKER完成。

对于以往靠人经验和手工计算得到的下料量的问题，我们的
PAM-INVERSE来解决，准确的计算得到初始的下料量，减少很多的人的工作量。

对于精确尺度定义及部件成形质量验证，利用先进PAM-AUTOSTAMP可以精确模拟细节，是否有褶皱出现，破损，厚度不均匀等。

利用DIE COMPENSATION和ICAPP进行自动回弹补偿功能非常强大，无须人为干预，回弹偿过程自动完成，从而彻底解决模具回弹补偿问题。

因而我们说板料成形模拟解决方案是当今世界上最完善、最先进、最专业的板料成形模拟
解决方案。

(2)高效的并行扩展性能够极大地提高模具设计、成形评估、质量验证及优化的效率。

ESI集团板料成形模拟解决方案的软件能够在集群上进行高效并行，已经过程大量测试，表现非常优异，很多同类软件到了64 个CPU 以上效率就已经下降，变得不经济了。

而板料成形模拟解决方案的软件能够扩展至512 个甚至上千个CPU，而计算效率仍然成线性扩展，这在同类软件中处于遥遥领先的地位。

(3)精确的回弹计算和回弹自动补偿以及补偿后CAD模具输出。

回弹是成形模拟的难点之一。

很多软件都不能精确计算回弹，或者无法考虑回弹自动补偿，并且回弹的计算非常耗时。

而板料成形模拟解决方案的软件通过将回弹由显式算法改变为隐式算法，并能够进行多步工序的显式－隐式－显式等的自动转换，大大的加快的模拟的速度，并改善了模拟的精度，同时可以进行自动回弹补偿过程，并且能够输出经过自动回弹补偿后模具CAD模型。

就回弹计算精度问题，ESI与戴姆勒－克莱斯勒，尼桑，雷诺，沃尔沃等9家公司联合开展了一个3DS 项目，对5个导轨，5种材料，三种压边力，每种情况又进行了5个测试，共有375个测试，并与PAM-STAMP 2G的模拟进行了验证，结果PAM-STAMP 2G的回弹计算相当令人鼓舞，两者符合得相当好。

如图所示。

回弹试验与PAM-STAMP 2G模拟结果符合得很好
(4)能够给的板料件设计和生产带来很多的收益。

通过分析模拟得到的结果，可以明显地减少了板料件模具设计上失误，缩短板料件产品开发周期，提高了板料件模具设计开发效率，缩短板料产品的研发时间，提高生产的产品的市场竞争力，把板料产品开发提高到新的水平。

4.4 ESI集团板料成形模拟解决方案的部分用户
航空航天：
国内：西飞，北航，南航，航天六院
国外：波音（Boeing），空中客车公司（Airbus），庞巴迪航空（Bombardier Aerospace），达索航空（Dassault Avitation），EADS/EDIST Engineering ，Honeywell(MORA AEROSPACE)，EMBRAER，Jedco Quality Aerospace，三菱重工（Mitsubishi Heavy Industries），斯奈克玛航空发动机（Snecma Moteurs）
汽车整车：
国内:上海通用，一汽大众，上海大众，北汽福田，东风汽车工艺研究所等
国外:AUDI(奥迪) , BMW(宝马), DAEWOO(大宇), DAIHATSU (丰田), DAIMLERCHRYSLER(戴姆勒-克莱斯勒), FIAT, FORD(福特) , FORD OTOSAN (福特), GENERAL MOTORS(通用), HONDA(本田), HYUNDA?(现代), ISUZU(铃木), KIA(起亚),LANDROVER(路虎), MAZDA(马自达), MITSUBISHI(三菱), NISSAN(日产), OPEL(欧宝), PSA(标志雪铁龙), RENAULT, SAAB(萨博), SEAT, SKODA(斯柯达), SSANGYONG MOTORS(三洋摩托车), SUZUKI(五十菱), TOYOTA(丰田), VOLKSWAGEN(大众), VOLVO(沃尔沃) TRUCK(沃尔沃), YAMAHA(雅玛哈摩托车)等
汽车部件供应商：
国内:上海sekely汽车模具，上海Ogihara 荻原模具，一汽大众模具公司，天津汽车模具公司等
国外:ARVIN MERITOR(阿文美驰), BATZ(), BENTELER, BUDD, DANA, FAGRO, GEDAS, KARMANN, KIRSCHHOFF, MAGNA STEYR, MICHELIN(米其林集团), NOTHELFER, OGIHARA(荻原), PCI, POLYNORM GRAU, TDM, TENNECO, UNIPRES JAPAN, UNIPRES UK, VALEO, WAGON
材料供应商：
国内:宝钢,马鞍山钢铁公司，中华钢铁公司等
国外:ACERALIA(阿塞洛), ALCAN INTL CANADA(加拿大铝业有限公司), ARCELOR(阿塞洛), CORUS(Corus公司), JFE STEEL(JFE钢铁公司), KOBE STEEL(神户钢铁公司), NIPPON STEEL(日本钢铁公司), PECHINEY, POSCO LP(韩国浦项), SALZGITTER MANNESMANN FORSCHUNG, SIWE, SUMITOMO METAL(住友钢铁有限公司), THYSSEN KRUPP GMBH(德国蒂森克虏伯钢铁公司), VOEST ALPINE (沃斯特-阿耳品钢铁公司)
白色家电：BOSCH（博士），SIEMENS（西门子），HAUSGER?TE， KALDEWEI GMBH， MIELE ，LG
电子：PHILIPS手机、Delco电子、安特电子、华硕、奇成电子
4.5 ESI集团板料成形模拟解决方案的优点
(1) ESI集团板料成形模拟解决方案是至今世界上在板料成形模拟领域应用最成熟、最广泛、最专业的模拟解决方案，是板料成形模拟的最新技术的领导者，是板料成形模拟解决全过程的求解方案，从模具几何设计、快速下料估计、模具的可行性评估与优化、快速模具生成与修改、成形精确模拟分析到回弹自动补偿过程以及输出回弹补偿后的模具的CAD 模型等全部整合到了我们板料成形模拟方案中。

(2) ESI集团板料成形模拟解决方案的软件使用方便简单、上手快，经过我们简单的软件培训，的工作人员就可以将软件用起来，能快速应用到实际板料件模具设计和生产过程中去，尽快为板料生产发挥作用。

(3) ESI集团板料成形模拟解决方案能全面的结合的实际的设备工艺参数、软件模拟时输入的参数就是实际设备生产的主要的工艺参数和材料的机械性能参数，基于此软件模拟的结果与实际物理试模的结果可以得到最大程度结合，能够快速与实际生产过程相结合，为把模拟结果应用到实际设计和生产过程打下了坚实的基础。

(5) ESI集团板料成形模拟解决方案能够把的板料设计经验和工艺设计经验固化到对应的板料成形的流程中去，相当于建立自己的板料设计经验的专家库，建立一个板料设计生产的模拟平台。

(6) ESI集团板料成形模拟解决方案能够明显缩短板料件模具的开发周期，提高模具设计水平，提高模具设计效率，缩短板料产品的研发时间，提高生产的产品的市场竞争力。

4.6 ESI集团板料成形模拟解决方案的软硬件配置
(1)硬件需求总体概况
硬件需求说明：
License服务器主要作用是管理板料成形解决方案中所有软件的license文件，为所有的工作站和计算服务器提供license授权服务。

工作站主要作用是使用软件者进行求解前处理、求解设置、进行计算量小的模型求解计算、分析结果、撰写计算报告等。

(2)软件需求配置推荐
ESI板料成形模拟解决方案的软件组成主要为：
PAM-DIEMAKER（模具设计模块）用于快速设计模具几何型面。

PAM-INVERSE（反算模块）用于反算实际生产过程中下料量估计问题。

PAM-QUIKSTAMP（快速成形评估模块）用于模具的成形性分析和可行性分析。

PAM-AUTOSTAMP（精确模拟，成形质量控制模块）用于成形精确模拟过程以及回弹预测分析。

DIE COMPENSATION和ICAPP（成形回弹自动补偿模块）用于解决自动回弹补偿问题，输出进行回弹补偿后的模具几何模型。

5 预期效益分析
（1）解决的实际板料成形的问题包括模具几何设计、下料量估计、精确成形模拟分析、模具回弹自动补偿以及回弹补偿后模具几何输出等所有板料件模具设计所遇到的问题。

（2）能够明显缩短板料件模具的开发周期，提高模具设计水平，提高模具设计效率，缩短板料产品的研发时间，提高生产的产品的市场竞争力。

6 结论
全面地解决的实际板料成形的问题，解决从模具几何设计、下料量估计、精确成形模拟分析、模具回弹自动补偿以及回弹补偿后模具几何输出等板料件模具设计及生产所遇到的问题。