板料成形CAE技术及应用

作者：  信息来源:模具  2006-9-11

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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...

    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。自适应网格技术对冲压成形是至关重要的，因为初始的冲压板材通常比较平坦、形状很简单，刚开始就采用较小的网格，计算时间将很。到成形后期，板材变的非常复杂，网格不细将无法提高计算精度，自适应网格技术刚好解决了这一问题，并在时间与精度上巧妙地取得了平衡。自适应网格技术提高了对零件的表面质量（表面缺陷、擦伤、微皱纹等现象）判断的准确性。此外还有加拿大FTI公司的FASTFORM，属于一步法为主的高端产品，计算速度快，操作简单，功能丰富，可大大提高工艺员工作效率。

    我近几年也开发了较为成熟的板料成形CAE软件，如华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室开发的FASTAMP以及吉林大学车身与模具工程研究所的KMAS等。

    目前多数的板料成形CAE软件基本上都具备了以下功能：

    (1)完全工艺化的风格，易学易用；

    (2)丰富标准的CAD接口，可输入/输出多种标准数据格式；

    (3)先进的网格生成器，三角形、四边形网格混合以及网格修改、剪裁功能，成形过程中网格的自适应（adaptive）划分功能；

    (4)方便的拉延筋生成功能；

    (5)坯料快速估算及开发，提高成材率；

    (6)快速的拉延评估分析功能（无须建立凸模及接触、载荷曲线）；

    (7)模面设计，由产品几何外形生成压边和凹模等，并可输出经过分析优化后的模面，供模具设计制造；

    (8)变厚度板料（焊板）成形分析；

    (9)丰富的材料库；

    (10)显隐式无缝转换（回弹分析）；

    (11)显示各变量（应力、应变、厚度、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），FLD图可以显示每个单元的成形状况等；

    (12)二次开发功能。

    板料成形CAE软件的未来将向几方面发展：（1）发展与应用新的本构方程、破坏准则和摩擦模型，提高分析的准确性；（2）增加模具变形分析能力，提高分析预测水平；（3）采用优化分析方法，得到最佳的板材形状，压边力，拉伸筋位置等成形数；（4）有限元模拟与CAD环境的双向嵌入，无缝集成；（5）采用网络并行计算，提高分析计算速度。

五、板料成形CAE软件的应用要求

    数值模拟计算已经与理论分析、试验研究成为科学技术探索研究的三个相互依存、不可缺少的手段。目前的板料成形CAE分析软件已完全适合设计及工艺人员使用，完全工艺化的风格，使工程师不必去关心细节部分的力学模型，只按实际冲压条件作好网格划分、约束条件、冲压条件及边界条件等预处理工作。在应用中，板料成形CAE软件的应用要求有：

    (1)掌握网格划分技术的指导思想、划分原则，保证有效性

    在现在的板料成形CAE分析软件中，都提供了自动划分网格功能，并且大部分软件采用了自适应网格划分技术，所以网格划分的操作非常简单，但需要分析人员对网格的有效性进行判断并确认，对细节区域的网格进行修补或重划分。

    （2）要以现实冲压条件为基础，掌握实际冲压条件的数学描述方法

    在板料成形CAE分析软件中，一定要结合实际冲压条件，掌握实际冲压条件的数学描述方法。否则，CAE分析只能成为理论分析，不能应用于实际生产。要准确描述实际冲压条件，需要进行大量的调查分析。

    (3)CAE分析与经验学习积累同等重要

    采用CAE分析的同时，不可忽视经验的学习积累。如在欧美多数采用仿真设计，但在日本，模具设计师通常更多的是依靠经验来设计模具。经验的重要性体现在：1）在板料成形CAE分析的预处理过程中，好的工艺辅助面及拉延筋可以快速达到预期的目的；2）在后处理分析发现成形缺陷时，通过什么方法来改善，需要有丰富的经验。

    (4)CAE分析必须与零件及模具的CAD/CAM并行交互

    CAE分析是为零件及模具的设计和工艺参数优化等服务的，不能将CAE分析孤立，而应该更多地渗入零件及模具的设计、工艺设计，及早地改善模具设计，优化工艺参数，甚至改进零件设计，才能缩短开发周期，降低开发成本。