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

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板料成形数值模拟项目建议书

目录

1 目标和意义 ....................................... 错误!未指定书签。

2 实施必要性 ....................................... 错误!未指定书签。

3 实施基础条件 ..................................... 错误!未指定书签。

4 实施方案分析 ..................................... 错误!未指定书签。

4.1 ESI集团板料成形模拟解决方案介绍................ 错误!未指定书签。

4.2 ESI集团板料成形模拟解决方案软件功能............ 错误!未指定书签。

4.3 ESI集团板料成形模拟解决方案的作用.............. 错误!未指定书签。

4.4 ESI集团板料成形模拟解决方案的部分用户.......... 错误!未指定书签。

4.5 ESI集团板料成形模拟解决方案的优点.............. 错误!未指定书签。

4.6 ESI集团板料成形模拟解决方案的软硬件配置........ 错误!未指定书签。

5 预期效益分析 ..................................... 错误!未指定书签。

6 结论 ............................................. 错误!未指定书签。

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），HAUSGERTE，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。

材料成形技术基础(问答题答案整理)

第二章铸造成形 问答题： 合金的流动性（充型能力）取决于哪些因素？提高液态金属充型能力一般采用哪些方法？答：因素及提高的方法： （1）金属的流动性：尽量采用共晶成分的合金或结晶温度范围较小的合金，提高金属液的品质； （2）铸型性质：较小铸型与金属液的温差； （3）浇注条件：合理确定浇注温度、浇注速度和充型压头，合理设置浇注系统； （4）铸件结构：改进不合理的浇注结构。 影响合金收缩的因素有哪些？ 答：金属自身的化学成分，结晶温度，金属相变，外界阻力（铸型表面的摩擦阻力、热阻力、机械阻力） 分别说出铸造应力有哪几类？ 答：（1）热应力（由于壁厚不均、冷却速度不同、收缩量不同） （2）相变应力（固态相变、比容变化） （3）机械阻碍应力 铸件成分偏析分为几类？产生的原因是什么？ 答：铸件成分偏析的分类：（1）微观偏析 晶内偏析：产生于具有结晶温度范围能形成固溶体的合金内。（因为不平衡结晶） 晶界偏析：（原因：(两个晶粒相对生长，相互接近、相遇；(晶界位置与晶粒生长方向平行。）（2）宏观偏析 正偏析（因为铸型强烈地定向散热，在进行凝固的合金内形成一个温度梯度） 逆偏析 产生偏析的原因：结晶速度大于溶质扩散的速度 铸件气孔有哪几种？ 答：侵入气孔、析出气孔、反应气孔 如何区分铸件裂纹的性质（热裂纹和冷裂纹）？ 答：热裂纹：裂缝短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化颜色 冷裂纹：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。 七：什么是封闭式浇注系统？什么是开放式浇注系统？他们各组元横截面尺寸的关系如何？答：封闭式浇注系统：从浇口杯底孔到内浇道的截面逐渐减小，阻流截面在直浇道下口的浇注系统。(ΣF内<ΣF横ΣF横>F直下端>F直上端） 浇注位置和分型面选择的基本原则有哪些？ 答：浇注位置选择：（1）逐渐的重要表面朝下或处于侧面；（原因：以避免气孔、砂眼、缩孔、缩松等铸造缺陷） （2）铸件的宽大平面朝下或倾斜浇注； （3）铸件的薄壁部分朝下；（原因：可保证铸件易于充型，防止产生浇不足、冷隔缺陷）（4）铸件的厚大部分朝上。（原因：便于补缩）容易形成缩孔的铸件，厚大部分朝上。（原因：便于安置冒口实现自上而下的定向凝固，防止产生缩孔） 分型面的选择：（1）应尽可能使全部或大部分构件，或者加工基准面与重要的加工面处于同

板料成形CAE技术与其应用

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，

板料成形回弹问题研究新进展_朱东波

第7卷第1期2000年3月 塑性工程学报 JOU RN AL O F PLASTICITY EN GIN EERIN G V ol.7　No.1Ma r .　2000 板料成形回弹问题研究新进展 * (西安交通大学先进制造技术研究所　710049) 　 朱东波　孙　琨李涤尘　卢秉恒 摘　要:本文从回弹理论、回弹数值模拟分析、回弹控制三方面对弯曲成形、3-D 复杂浅拉深成形中回弹研究的历史和最新发展状况作了较全面的介绍。文章所引用的大量文献基本概括了前人在这些方面的主要研究方法和重要研究成果。 关键词:回弹;板料成形;模具 *国家“九·五”重点攻关资助项目(项目号: 85-951-19)。收稿日期: 1999-4-28 1　引　言 板料成形过程中普遍存在有回弹问题,特别在弯曲和浅拉深过程中回弹现象更为严重,对零件的尺寸精度和生产效率造成极大的影响,有必要对其进行深入的研究和有效的控制。零件的最后回弹形状是其整个成形历史的累积效应,而板料成形过程与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等众多因素密切相关,所以板料成形的回弹问题非常复杂。半个多世纪来国内外许多学者对回弹问题进行了深入的研究和探讨,这些研究涵盖了从弯曲成形到复杂拉深成形、从理论分析到数值模拟、从回弹预测到回弹控制等诸多方面。本文从三个方面对前人的工作进行了概括性回顾,重点介绍了90年代回弹研究的一些新进展。 2　弯曲理论研究和回弹的解析分析方法 弯曲成形一般只涉及较为简单的几何形状和边界条件,所以有条件用解析方法对其进行深入的研究。50年代,R .H ill 、F .Proska 、F .J .Gardiner 等人的工作奠定了板料弯曲及回弹分析的理论基础 [1] ,后 来不断有学者对这些理论进行深化和发展。Huang ,etc [2] 在其文章中对50年代到80年代间诸多学者的 回弹研究工作做了较详细的回顾和评述。 回弹是弯曲卸载过程产生的反向弹性变形,板料回弹的经典计算公式为: Δk =1R -1R S =12M (1-ν2 ) Et 3 (1) 式中　Δk ——曲率变化量 R ——回弹前中面半径 R S ——回弹后中面半径E ——弹性模量ν ——泊松比t ——回弹前板料厚度 M ——回弹前板内弯矩 弯矩M 由截面纵向应力分布唯一确定。对同一弯曲过程,采用不同的弯曲模型(如是否考虑中性面内移,是否考虑材料强化、各向异性等)可得到不同的应力分布,从而由式(1)得到回弹量Δk 也就不同。所以在理论分析中,弯曲模型是否合理将直接影响回弹计算结果的准确程度。 弯曲的基本理论模型分为两大类。一类是以平截面假定和单向应力假定为基础的工程理论模型,该模型未考虑径向应力,认为弯曲过程中应力中性层、应变中性层始终和几何中面相重合;另一类是由H ill [3] 首先提出的精确理论模型,该模型考虑径向应力及中性层内移的影响,更接近板料弯曲的真实情况。从板料的外部受力状态和加载方式来看,弯曲过程可分为纯弯曲、拉伸弯曲、循环弯曲等几种典型情况。另外,材料模型对弯曲计算结果有很大的影响,常用的材料模型有刚塑性、理想弹塑性、刚性强化、弹性强化等多种形式。 以上基本模型、加载方式及材料模型的不同组合

板料弯曲回弹及工艺控制

板料弯曲回弹及工艺控制 板料在弯曲过程中，产生塑性变形的同时会产生弹性变形。当工件弯曲后去除外力时，会立即发生弹性变形的恢复，结果使弯曲件的角度和弯曲半径发生变化，与模具相应形状不一致，即产生回弹。回弹是弯曲成形过程的主要缺陷，它的存在造成零件的成形精度差，显著地增加了试、修模工作量和成形后的校正工作量，故在冲压生产中，掌握回弹规律非常重要。如果在设计模具前，能准确掌握材料的回弹规律及回弹值大小，设计模具时可预先在模具结构及工作部分尺寸上采取措施，试冲后即使尺寸精度有所差异，其修正工作量也不会太大，这不仅可以缩短模具制造周期，而且有利于模具成本的降低及弯曲件精度的提高。 1 弯曲回弹的表现形式 弯曲回弹的表现形式有下列二个方面(如图1所示)： (a) 弯曲半径增加：卸载前板料的内半径r (与凸模的半径吻合)，在卸载后增加至r0，半径的增量为△r二r0一r (b) 弯曲件角度增大：卸荷前板料的弯曲角为α(与凸模的顶角吻合)，在卸荷后增大到α0，角度增量为△α=α0一α 图1 回弹导致弯曲角和弯曲半径变化 2 弯曲回弹产生的原因 弯曲回弹的主要原因是由于材料弹性变形所引起的。板料弯曲时，内层受压应力，外层受拉应力。弹塑性弯曲时，这两种应力尽管超过屈服应力，但实际上从拉应力过渡到压应力时，中间

总会有一段应力小于屈服应力的弹性变形区。由于弹性变形区的存在，弯曲卸载后工件必然产生回弹。在相对弯曲半径较大时，弹性变形区占的比重大，回弹尤其显著。 回弹是由于在板厚方向应力或应变分布不均匀而引起的。这种应力和应变的不均匀分布是弯曲的特点，对于只施加弯矩的弯曲方式，要有效减少回弹是困难的。为了使回弹减小，应尽量使板厚断面内的应力和应变分布均匀，为此可采取在纵向纤维方向对板料进行拉伸或压缩的方法，也可采用在板厚方向施加强压的方法。在沿板的长度方向单纯拉伸变形的场合，除去外力后，由于在整个板厚断面内变形的恢复是均匀的，所以不会发生形状的变化。 3 影响弯曲回弹的因素 (1)材料的机械性能材料的屈服点σs越高，弹性模量E越小，回弹越大。 (2)相对弯曲半径R/t 弯曲半径R越大，材料厚度t越小，即相对弯曲半径R/t值越大，回弹越大。 (3)弯曲处校正力的大小校正力越大，回弹越小。 (4)凸凹模间隙间隙越大，回弹越大。间隙小于材料厚度时，有可能出现负回弹。 (5)弯曲件的形状弯曲件直边过短时，回弹较大。V型弯曲件的回弹比U型弯曲件的回弹大。 (6)凹模形状及尺寸凹模深度过小时，回弹很大。 4 控制弯曲回弹的方法与措施 减小回弹常用方法有补偿法、校正法、改变应力状态、改进工件设计等。影响弯曲回弹的因素很多，对于不同的影响因素，应采用不同的措施，也可综合运用几种方法，来减少回弹。 4.1 补偿法减少弯曲回弹 补偿法是按预先估算或试验所得的回弹量，在模具工作部分相应的形状和尺寸中予以“扣除”，从而使出模后的弯曲件获得要求的形状和尺寸。 (l) V型弯曲，如图2a所示。可在凸模和凹模上同时减小一个回弹角，使工件回弹后恰好等于所要求的角度，这种方法适用于相对弯曲半径较大，回弹较大的工件。 (2) L型弯曲，如图2b所示。凹模向内倾斜一角度△α，并同时缩小凸、凹模的间隙，单面间隙取小于材料厚度，促使工件贴住凹模。出模后工件回弹，直边恢复垂直。图2c所示，采用硬橡胶促使工件贴住凹模，补偿工件回弹。

板料成形中有限元模拟技术的应用

板料成形中有限元模拟技术的应用 衡　猛　周建忠 (江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013) 摘要:使用传统的靠经验和反复修模试模的方法研发模具,不仅难以掌握板料成形的真实过 程,而且会造成人、财、物、时的浪费。将有限元技术引入冲压成形模拟中是解决这一问题行之有效的方法,对板料冲压成形模拟进行了讨论,并重点介绍了Dynaform 软件的应用。 关键词:有限元模拟;Dynaform ;板料成形;汽车覆盖件模具 汽车工业是国民经济的重要产业之一,而覆盖件的研发周期长是阻碍新车型尽快推向市场的重要瓶颈。目前覆盖件及模具的设计制造工艺、先进装备及CAD/CAM 的应用已取得了重要进展,缩短了设计制造周期、提高了产品的质量、减轻了劳动强度,但CAE 的发展略显滞后。从模具开发的整个过程来看,设计初期的模具工艺结构、冲压工艺参数的合理选择,能有效地减少调试修模工作量,缩短了开发周期,降低模具成本。因而,推广应用CAE 技术,研究板料冲压的仿真成形是摆在覆盖件及模具行业 收稿日期:2003-10-23 第一作者简介:衡猛,男,1979年生,硕士研究生。 面前的重要课题。 1　板料冲压成形模拟的发展[1～4] 板料成形数值模拟研究始于20世纪60年代,之前人们主要用试验分析的方法了解塑性成形的性能,为设计提供依据。在20世纪70年代中期到80年代中期,主要是建立一些简单的有限元分析模型和应用,包括二维平面问题和轴对称问题,这阶段大多采用薄膜单元。20世纪80年代中后期开始三维板料成形分析研究,各种板壳单元被应用于成形分析。1973年,Kabayashi 采用刚塑性有限元法模拟了板料冲压成形过程。1976年,Weifi 用弹塑性有限元法模拟圆形板料在半球形凸模作用下的胀形和 最终,以该零件凹模为例,根据LOM 原型翻制的硅胶模、砂型以及熔射并补强后的凹模(表面硬度50～55HRC )如图15～17所示 。 图15　硅胶模—凹模 图16　砂型— 凹模 图17　带不锈钢壳层的硬模—凹模 3　结束语 采用与快速原型相结合的等离子熔射快速制造金属硬模新技术,成功地在短时间内制造出表面具有高耐磨性、高硬度的不锈钢模具。实践证明,该技术在制模周期、成本、模具精度和模具寿命几个关联因素中找到了一个很好的结合点,能满足当前汽车工业车型变化极快,换型时间短的需要。 后续试冲压结果表明,冲压成形有限元模拟对于冲压模具设计有良好的指导作用,采用LOM 制作原型有良好的复型性。参考文献: [1]　张海鸥.金属模具快速制造技术,电加工与模具,2002(2):6～9[2]　王伊卿,朱东波,卢秉恒.电弧喷涂制造汽车覆盖件模具,模具 工业,2001(9):41～44 [3]　徐达,宋玉华,张人佶,等.基于快速成形技术的汽车覆盖件金 属模具制造.清华大学学报(自然科学版),2000,40(5):1～5 设计?研究 《电加工与模具》2004年第2期

板料成形CAE技术

板料成形CAE技术 贵州风华机器厂童春桥 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。 (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

金属板料数字化渐进成形工艺研究

金属板料数字化渐进成形工艺研究 摘要：本文围绕板材数控单点渐进成形技术的工艺规划的一般原则的建立和加工轨迹优化方法。主要内容包括基于理论分析和实践经验的一般性工艺规划和针对解决实际问题的加工轨迹优化处理。 关键词：数字化成形快速成形加工轨迹 1 引言 金属板材数控单点渐进成形技术是一种数字化的柔性加工技术，与传统的塑性成形技术相比，具有不需要设计、制造模具，小批量多品种加工板材零件的优点。其柔性的特点决定了该项技术尤其适合于新产品开发阶段的板料零件成形，如日用品、汽车覆盖件、航天航空产品的研制阶段的工作，利用该技术可以大大缩短产品开发周期，降低开发成本和新产品开发的风险。 本文根据在加工过程中的一些实例，在UG软件进行使用方法的介绍，供同行们参考。 2 金属板料塑性成形技术的概述 2.1 传统板料塑性成形技术 金属板料通过塑性成形方法可以加工成各种零件，它们被应用于国民经济和日常生活的各个领域中。例如汽车行业、航天航空、电机电器、食品包装、建筑等工业用品、家庭用品及家居装饰品、工艺美术品、医疗器械、家用电器等日常用品都大量使用金属板料塑性成形件。 传统的板料塑性成形技术的加工过程通常包括两个阶段。第一阶段是模具的设计与制造阶段；第二阶段是采用模具的生产阶段。这种加工方式的优点是，一旦模具设计制造成功后，可以大批量的生产需要的零件。但是，因为在模具的设计制造过程中，需要反复的对模具进行修改，这样就表现出模具的设计、制造费用高、周期长，使板材零件的应用范围受到限制。 2.2 板料塑性无模成形技术 二十一世纪是以知识经济和信息社会为特征的新时代，制造业正面临着空前严峻的挑战。如何快速、低成本和高质量地开发出新产品，以满足信息社会中瞬息万变的市场对小批量多品种产品的要求，是企业生存和发展的关键。传统的板料塑性成形技术已经不能够满足这种要求，市场经济要求提高成形的柔性。提高塑性加工柔性的方法有两种途径”，一是从机器的运动功能上着手，例如多向多动压力机，快速换模系统及数控系统。二是从成形方法上着手，无模成形便是其中一种。 2.3 快速成形技术 快速成形技术问世于20世纪80年代末，被认为是近20年制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术的出现相比。它引进分层制造(Layered Manufacturing)的思想，通过切层得到三维实体的截面轮廓曲线的型值点信息，然后山数控系统和执行单元完成逐点、逐层成形，从而将三维加工变为二维加工，最后得到零件或者零件的原型。 综上所述，对薄板数控单点渐进成形的研究是非常必要的，它将快速成形技术和塑性成形技术有机结合，该技术是综合性的跨学科的课题，它涉及力学、摩擦学、塑性成形技术、数控技术、CAD／CAM等多个学科，该技术的发展可推动相关学科尤其是快速成型技术和塑性加工理论的发展，既有重要的理论意义又有广阔的应用前景。 3 金属板料数控单点渐进成形原理 金属板材数控单点渐进成形法，是一种基于计算机技术、数控技术和塑性成形技术基础上的先进制造技术，其特点是采用快速成型制造技术“分层制造(Layered Manufacturing)”的思想，将复杂的三维模型沿高度方向离散化，分解成一系列二维层，并在二维层上对板材进行局部的塑性加工。加工是在三轴联动的数控成形机上进行的，工作时，在计算机控制下成形工具头先走到

先进板料成形技术与性能

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

板料成形回弹特征及其控制技术

板料成形回弹特征及其控制技术 1 前言 回弹是板材冲压成形过程的主要缺陷之一．严重影响着威形件的威形质量和尺寸精度，是实际工艺中很难有效克服的成形缺陷之一，它不仅降低了产品质量和生产效率．还制约了自动化装配生产线的实施，是我 国汽车制造工业中亟待解决的关键性问题。 从理论上说，板材冲压成形过程可以被看作是板材经过塑性变形变为想要获得的形状的过程。然而实际上．板料尺寸．材料特性和环境条件使冲压成形过程的预测性和可重复性变得困难。以韧性金属板材为主的冲压成形件从模具上取出后，必然产生一定量的回弹。回弹是板材冲压成形的3种主要缺陷(起皱．破裂和回弹)中最难控制的一种，因为它涉及到对回弹量的准确预示．不同的材料和尺寸的零件其回弹规律大不相同，单凭经验和工艺过程类比是很难进行准确的回弹补偿的．这就使得一个模具设计的周期变长．因此在板材冲压成形中回弹变形是使模具设计明显变复杂的一个基本参数。在大多数板材冲压成形中．强烈的非线性变形过程致使板料产生很大的弹性应变能．在模具与板料动态接触过程中存在于板料中的这种弹性应变能会随着接触压力的消除而自动释放掉，回弹的驱动力一般是朝着板料原始形状变形。因此，冲压成形中的最终产品形状不但依赖于凹模形状．而且依赖于成形后存储在板料中的弹性应变能。弹性应变能与许多诸如材料特性．接触载荷等参数有关，因此在成形过程中预测回弹变得很复杂．这也就给那些必须精 确评估回弹量的设计者提出了很重要的问题。 近40年来，有许多研究人员一直在对回弹行为进行着研究．并提出了很多解决方法和计算机仿真算法．发表了大量相关论文。就有限元仿真方法而言．在众多仿真算法模拟应用中，采用显式算法模拟成形过程．用隐式算法模拟回弹过程的方法最多；其次是冲压成形和卸载回弹过程都采用隐式算法。而G．Y-L．等学者提出一种新算法，冲压成形和回弹过程全部采用显式算法。U．Abdelsalam等学者还提出了采用一步成形算法模拟冲压成形过程，再用隐式算法计算卸载回弹过程．并应用该算法模拟了3个复杂冲压件的卸载回弹过程．这种算法的模拟精度虽然不高．但计算速度很快．可以为模具在设计阶段提供一个定性的参考方案。T-C．Hsu等学者采用隐式TL(Total Lagrangian)算法，引入Hill--次方屈服函数模拟了轴对称问题的冲压成形和回弹过程。M．Kawka等学者采用静态显式有限元(实际上也是隐式算法)算法软件ITAS3D模拟了轿车顶盖和轮毂的多阶段成形过程，以及卸载回弹和切边回弹过程．并与试验结果进行了比较。 以上这些对于回弹的研究只限于理论方面．其与实际试验的对比验证还鲜有涉及。对于如何补偿所产生的

激光板料成形技术的研究与应用

激光板料成形技术的研究与应用 ——激光热应力成形与激光冲击成形 摘要： 激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对金属或非金属材料进行切割、焊接、表面处理、打孔以及微加工等的一门加工技术。随着激光技术的发展，特别是大功率工业激光器制造技术的日益成熟，激光作为一种“万能”工具，已应用于材料的切割、焊接、弯曲变形和表面改性处理等领域，其中板料激光成形技术已较为成熟，广泛应用于各种碳钢、不锈钢、合金有色金属以及金属基复合材料的弯曲成形，替代了部分零件的冲压工业。金属板料激光成形技术是近年来出现的一种先进柔性加工技术。金属板料成形作为薄板直接投入消费前的主要深加工方法，已在整个国民经济中占有十分重要的地位，广泛应用于航空航天、船舶工业、汽车覆盖件、家电等生产行业。传统的金属板料加工方法主要用模具在压力机上进行冷冲压成形，其生产效率高，适用于大批量生产。随着市场竞争的日趋激烈，产品的更新换代速度日益迅速，原有的采用模具加工的技术就表现出生产准备时间长，加工柔性差，模具费用大，制造成本高等缺陷，且模具冷冲压成形仅适用于低碳钢、铝合金以及铜等塑性较好的材料，其适用范围有限。为此国内外许多学者致力于板料塑性成形新技术的研究，实现金属板料的快速高效、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需要。本文介绍了激光热应力弯曲成形以及冲击成形的成形机理，分析了成形的主要因素，并对这两种成形技术的未来做出展望。 关键词：激光技术、板料成形、热应力弯曲成形、冲击强化技术 一、激光弯曲成形技术 激光弯曲成形是一种新兴的塑性加工方法，具有高效、柔性、洁净等特点。它是基于材料的热胀冷缩特性，利用高能激光束扫描金属板料表面时形成的非均匀温度场导致的热应力来实现塑性变形的工艺方法。与传统的金属成形工艺相比，它不需模具、不需外力，仅仅通过优化激光加工工艺、精确控制热作用区内的温度分布，从而获得合理的热应力分布，使板料最终实现无模成形。激光束的大小和能量精确可控，特别适用于冷加工难以成形的硬且脆，或刚性大的材料，比如陶瓷、钛合金等。 1、激光弯曲成形基本原理： 板材激光弯曲成形是近年来出现的一种板材柔性成形方法，究其根源，可以追溯到上百年前的火工矫形。它的基本原理是，在基于材料的热胀冷缩特性上，利用高能激光束扫描金属板材表面，通过对金属板材表面的不均匀加热，照射区域内厚度方向上会产生强烈的温度梯度，从而引起非均匀分布的热应力[6]。当这一热应力超过了材料相应温度条件下的屈服极限，就会使板材产生所需要的弯曲变形，激光弯曲成形的装置示意图如图1所示[7]。激光弯曲成形实际上就是这样一种基于材料的热胀冷缩特性、用热应力代替机械载荷的板料无模成形技术。

板料成形CAE技术及应用

板料成形CAE技术及应用 作者：风华机器厂童春桥 | 阅读次数：596 转自：《CAD/CAM与制造业信息化》时间：2005年5月26日11:32 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

《材料成形技术基础》习题集答案

填空题 1．常用毛坯的成形方法有铸造、、粉末冶金、、、非金属材料成形和快速成形. 2.根据成形学的观点,从物质的组织方式上,可把成形方式分为、、 . 1．非金属材料包括、、、三大类. 2．常用毛坯的成形方法有、、粉末冶金、、焊接、非金属材料成形和快速成形作业2 铸造工艺基础 2-1 判断题（正确的画O，错误的画×） 1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。因此，浇注温度越高越好。（×） 2．合金收缩经历三个阶段。其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。（O） 3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔，从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。（O） 4．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。（O） 5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。（×） 6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造性能。（×）7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。（O） 8．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。（O） 2-2 选择题 1．为了防止铸件产生浇不足、冷隔等缺陷，可以采用的措施有（D）。 A．减弱铸型的冷却能力； B．增加铸型的直浇口高度； C．提高合金的浇注温度； D．A、B和C； E．A和C。 2．顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质量，通常顺序凝固适合于（D），而同时凝固适合于（B）。 A．吸气倾向大的铸造合金； B．产生变形和裂纹倾向大的铸造合金； C．流动性差的铸造合金； D．产生缩孔倾向大的铸造合金。 3．铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残余应力的方法是（D）；消除铸件中机械应力的方法是（C）。 A．采用同时凝固原则； B．提高型、芯砂的退让性； C．及时落砂； D．去应力退火。 4．合金的铸造性能主要是指合金的（B）、（C）和（G）。 A．充型能力；B．流动性；C．收缩；D．缩孔倾向；E．铸造应力；F．裂纹；G.偏析；H.气孔。

镀锌板料的冲压成形及模具仿真技术试验

镀锌板料的冲压成形及模具仿真技术试验 对于现代化的机械制造业来说，它的发展走向是产品的轻量化，工艺的柔性化，想要生产出精度高、质量优的产品来，金属板料的成形制造趋向于更加韧、精、强、薄、轻以及成本的低价位，质量高而且好，周期短的发展方向，金属板料在冲压成形这一技术基础上是为了减重，节能又节材，是有很大应用范围的一种先进的制造技术，在我公司已被广泛地使用在生产各种型号的插秧机金属板料上。 计算机的普及和应用以及有限元方法的成熟，在这些年来发展出了金属板料冲压的仿真形技术，这一技术减少了或着是取消了试模的过程，把产品的开发缩短了周期、也降低了开发的成本，大大的发挥了极其重要性作用，所以在这里，此文将对其应用的强大功能设计中的计算机辅肋工程（CAE）进行的分析，前后处理对金属板料进行成形冲压以及仿形技术，以指示实际的生产模具制造。 1.建立仿真工艺模形 文中研究的金属板料是在制造插秧机箱底及隔板件上广泛使用的，金属板料它的主要几何特征是；1.1.具有较复杂的曲线、曲面结构组合。1.2.包含着多种样式的侧壁形状。1.3.侧壁高度的差别不一样。1.4.拉深件的模型和实件的模型本身基本一至相同，用不着加用别的工艺补充。此金属板料的工件是在专业造型曲面零件设计平台下进行几何分析设计的，并且通过几何数据格式导入计算机辅肋工程软件中，后对工件的模型进行简化处理，将模具的分型各面，作冲压模拟里的凹模划分出网格，再通过网格进行偏移生成凸模和压圈边网格的模型。 此仿真模具选用了适应网格三维实体自适应有限元网格（AdaptiveMesh）的生成方法划分，适应网格为4阶，并在划分网格中的进程上会出现局部的网格破裂现象，但，只要是使用了软件的网格检查的功能，这些个破裂网格就会以白色的高亮度显示出来，这时候可运用网格的修补功能就可将破裂的网格重新划分好，可得到完整的有限元网格：凹模和凸模的圆角网格尺寸是圆角尺寸的0.15倍，也就是完成计算机辅肋工程前置处理的金属板料模具的有限元模型，从上至下依次是凹模、压边圈、毛坯、凸模、冲压方向垂直向下，成型的方式是单动拉深。 2.材料的属性和边界的条件 此模具仿真分析和采用制造插秧机主要部件常用的金属板料，275-SC-0.5-GB2518-81，此材料是金属材料，屈服应力为参数（原各项异性指数r，硬化指数n及材料屈服强度σ值）及镀层特征参数（基本厚度、镀锌量）（σ=345标准模型）屈服函数符合级别屈服准则，材料的厚度为0.5mm，其材料性能拉深好，金属板料单元是采用全新的积分壳单元，不但提高了仿真精度，还避免了沙漏现象的问题，法向积分点取3个，此模具采用了BT壳单元，法向单元取1个。根据金属板料的成形特点，全边界条件设置为：毛坯与模具各部件间的静摩擦因

激光板料成型技术的研究与应用

激光板料成型技术的研究与应用 —金属板料激光成型技术研究与应用 摘要: 金属板料成型技术的研究一直是国内学者研究的热点，其传统的方法采用模具加工进行冷冲压成型，虽然生产效率高和大批量生产的特点，但存在生产准备时间长，加工柔性差，模具费用高等不足，且仅适用于低碳钢等薄板材料。由于金属材料的热胀冷缩特性,当其受到不均匀加热时,将会在材料内部产生热应力。板料激光成型技术就是一种利用高能激光束扫描金属薄板表面,在热作用区产生强烈的温度梯度,导致非均匀分布的热应力,使金属板料发生塑性变形的工艺方法。 随着中小型高功率激光器技术的成熟和商品化设备的推出，人们纷纷把目光转向激光无模成型，以实现板料的快速、高效、精确和柔性成形，以适应产品快速更新的市场竞争需要。金属板料的激光无模成形方法主要包括激光热应力成型和激光冲击成型。 关键词：激光金属板料成型热应力冲击 正文： 激光成型是一种利用激光作为热源的热应力无模成型新技术。介绍了板料激光成型技术的工艺过程及影响激光成型的主要因素,通过实验研究了激光能量因素、板料的材料性能及几何参数对板料弯曲角度的影响 金属板料的激光热应力成形是一个非常复杂的热力耦合过程，成形影响因素很多。主要与激光参数、材料种类和尺寸等有关。国内外的学者经过实验研究得出较为相似的结论： 首先，激光能量因素影响着激光热应力成形中的弯曲角的形成和热影响区的大小。激光能量因素由能量密度来表征，同时扫描次数和轨迹也影响激光的吸收。实验证明，在输入总能量一定时，大能量密度的输入、短时间的加热有利于增加弯曲角。 其次，材料的热物性和力学性能对激光弯曲成形的影响较为复杂，目前尚无法对此进行定量分析。同时实验表明，在同样的工艺条件下材料的比热和热传导

冲压是塑性成形加工方法之一以板料(金属

冲压是塑性成形加工方法之一以板料(金属

Chapter 1 Introduction 1.Definition of stamping ----a plastic forming method Raw material----sheet metal or non-metal Tool ----die Equipment----press Result----separate or deform, workpiece with shape, dimension and property. 冲压是塑性成形加工方法之一。以板料（金属、非金属）为原料，利用模具在压力机上对板料施加压力使其分离或变形获得所需零件。所需零件具有一定形状、尺寸和性能。 2.Basic requirement used in sheet forming Formability, surface quality, tolerance in thickness, and economy 3.Basic processes (1)cutting processes（分离工序）: shearing, blanking, punching, parting, lancing, shaving (2)plastic deformation processes（成形工序）: bending, deep drawing, spinning, bulging, flanging Chapter 2 Shearing, Blanking and Punching 1. Shearing

Equipment: straight parallel cutters t↑B↓ straight inclined cutters t↓B↑ 2. Blanking and punching mechanism (1) 3 deformation stages (2) Features of sheared edges of the sheet metal 4 parts----rollover, burnish zone, fracture, burr (reason); main affecting factors (3 aspects) 3. Blanking and punching clearance The effect of the amount of clearance between the punch and die on the operation process (3)features of sheared edges (4)dimensional precision (5)force and power (6)die life 4. The calculating of punch and die blade size (1) Principles of calculation: benchmarks, limit dimension (2) Methods of calculation: separately, coordinately (3) Steps

板料冲压成形模拟软件

eta/DYNAFORM 板料冲压成形模拟软件返回 发布时间:2004-02-06 22:29:00来源: ETA公司 双击鼠标滚屏 eta/DYNAFORM 板料冲压成形模拟软件 eta/DYNAFORM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，不但具有良好的易用性，而且包括大量的智能化自动工具，可方便地求解各类板成形问题。DYNAFORM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，从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助；DYNAFORM专门用于工艺及模具设计涉及的复杂板成形问题；DYNAFORM包括板成形分析所需的与CAD软件的接口、前后处理、分析求解等所有功能。目前，eta/DYNAFORM已在世界各大汽车、航空、钢铁公司，以及众多的大学和科研单位得到了广泛的应用，自进入中国以来，DYNAFORM已在长安汽车、南京汽车、上海宝钢、中国一汽、上海汇众汽车公司、洛阳一拖等知名企业得到成功应用。 主要特色 1．集成操作环境，无需数据转换 完备的前后处理功能，实现无文本编辑操作，所有操作在同一界面下进行 2．求解器 采用业界著名、功能最强的LS-DYNA，是动态非线性显示分析技术的创始和领导者，解决最复杂的金属成形问题。 3．工艺化的分析过程 囊括影响冲压工艺的60余个因素 以DFE为代表的多种工艺分析模块 有好的工艺界面，易学易用 4．固化丰富的实际工程经验 功能介绍 1. 基本模块 eta/DYNAFORM提供了良好的与CAD软件的IGES、VDA、DXF，UG和CATIA等接口, 以及与NASTRAN, IDEAS, MOLDFLOW等CAE软件的专用接口，以及方便的几何模型修补功能。 IGES 模型转入自动消除各种孔 eta/DYNAFORM的模具网格自动划分与自动修补功能强大，用最少的单元最大程度地逼近模具型面。比通常用于模具网格划分的时间减少了99%！ 初始板料网格自动生成器，可以根据模具最小圆角尺寸自动确定最佳的板料网格尺寸，并尽量采用四边形单元，以确保计