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1、 第 12 章 利用 FASTFORM 进行数值 分析应用实例 教学提示：利用专业 CAE 技术对复杂的成形工艺进行分析，可以帮助解决用常规方法 难以解决的冲压问题，其中板料分析软件 FASTFORM 具有易学易懂、操作简便、直观等 特点，是冷冲压加工设计师的一个好帮手。. 教学要求：学习板料分析软件 FASTFORM 的基本命令，结合例题初步掌握其用法。 众所周知，对于圆筒形制件拉伸模具来说，早已具有完整的设计、计算方法及其数据 资料。但对于圆锥形制件或盒形制件拉伸模具，就没有像圆筒形制件拉伸模具那样的解析 理论，设计、计算变得尤为复杂，而且是半理论、半经验的设计方式。为此，板料成形 CAE
2、 技术应运而生，它为解决上述难题提供了有效手段，已经成为国际塑性加工领域的一个研 究应用热点。从 20 世纪 70 年代后期开始，经过二十多年的发展，板料成形数值模拟技术 逐渐走向成熟，已形成了商品化的板料成形分析 CAE 软件，得到了许多工业部门的重视和 应用，国外的著名大型汽车制造公司，都已开始应用板料成形分析 CAE 软件指导板料成形 件的开发和生产，产生了很好的经济效益。随着我国汽车、飞机等工业的发展，板料成形 过程分析的需求日益迫切，板料成形 CAE 软件在我国的应用必将越来越广泛。 FASTFORM 是新出现的冲压成形分析软件，是面向钣金冲压成形数值模拟、有限元 分析的专业软件包。
3、在航空航天、汽车、船舶、铁道车辆、家用电器、钢铁冶炼、模具设 计等方面得到了广泛应用，全球众多的用户借助它大大降低了设计成本，消除了设计中的 不确定问题。本文将对其功能和应用做一简要介绍。 (1) 快速和精确的求解。对于一般规模的计算，板料分析软件 FASTFORM 只需要几分 钟，由此可大大缩短产品开发周期，借助于多种后置处理和可视化选项，软件提供了快 速和精确的求解计算。 (2) 自动网格划分和修补。IGES 和 VDAF 曲面可以在很短时间内自动进行网格划分 和修补。网格修补系统也可处理导入的网格 ( 例如 NASTRAN 格式) 以达到与 CAD 及其 他 CAE 程序之间的柔性接口。
4、 (3) 坯料预算。FASTFORM 即使是对于材料拉伸非常大的零件也能非常精确预测其下 料的形状。这个下料形状可以用于早期成本分析、排样以达到材料优化使用及模具的试验。 下料形状也可以以 IGES 或 Nastran 格式输出作为其他应用。 (4) 支持“倒扣”的零件。通常一般的成形分析软件在处理具有倒扣或负拔模角度的 零件时十分困难，而 FASTFORM 却不成问题，它可以有效地处理具有多处倒扣的零件。 (5) 成形条件。FASTFORM 提供了简便的手段去模拟压边力(blank holder forces)、拉 伸筋(draw beads)、压料板(pressure pads)等冲压成形
5、条件。这样允许产品结构设计的用户快 速评估各种成形条件的结果，也有助于检验毛坯形状以获得更精确的结果。 来自h t t p :/w w w .3722.c n 中国最大的资料库下载 冲压工艺与模具设计 296 296 (6) 图形化的成形分析结果。FASTFORM 的求解器可以根据不同的材质、冲压方向、 摩擦系数及成形条件等分析零件冲压时是否开裂、起皱，厚度的变化，材料的拉伸(压缩) 类型和拉伸量等。 12.1 冲压成形分析软件 FASTFORM 功能简介 FASTFORM 是基于图形用户界面的板料成形分析软件。 12.1.1 菜单栏 FASTFORM 的菜单栏如图 12.1 所示。 鼠标单击
6、菜单可以实现 FASTFORM 的大部分功 能。下面简要介绍这些功能。 图 12.1 FASTFORM 菜单栏 1. 文件管理 导入导出模型数据，打开保存输出文件。 2. 选项菜单 单位选项，背景/模型颜色选项，多项选项，材料库选项。 3. 视图选项 模型着色线框选项，视图选项，工具条选项，状态栏选项。 4. 模型处理 材料选项，单元剖分选项，调整模型方向，成形条件，成形约束。 5. 工具 确定截面线。 6. 高级处理 曲面压边圈，回弹条件，裁剪焊接线。 7. 结果分析 坯料，制件和坯料，最佳标准坯料轮廓，主应变，变薄百分比，成形后材料厚度，安 全区，成形区，成形极限图，结果图线，冲压力，回弹
7、，其他结果，边界轮廓选择。 8. 帮助文件 12.1.2 图标栏 FASTFORM 的图标栏如图 12.2 所示。图标栏可使用户方便使用一些常用功能，用户 来自h t t p :/w w w .3722.c n 中国最大的资料库下载 第 12 章 利用 FASTFORM 进行数值分析应用实例 297 297 只要单击图标即可激活该功能，而不必在菜单中查找。 图 12.2 FASTFORM 的图标栏 (1) 打开 IGES, STEP, FTI/FPO, LIN, Nastran 或 VDAFS files 数据库文件(Opens IGES, STEP, FTIFPO, LIN, Nastran
8、 or VDAFS files.)。 (2) 保存成为 LIN 或 FPI 格式文件(Saves the current LIN or FPI file)。 (3) 将坯料以 IGES 或 DXF 格式输出(Exports the blank as an IGES or DXF file)。 (4) 将屏幕捕捉图形存储为 JPEG 或 TIFF 格式文件(Saves a screen capture of the Graphics Display Area as a JPEG or TIFF file)。 (5) 将当前结果打印成报告(Prints the current result rep
9、ort)。 (6) 预览当前结果报告(Previews the current result report)。 (7) 放弃最近一次操作(Undo last action)。 (8) 添加新材料。(Adding new materials) (9) 将实体转换为曲面(Converting solid to surface)。 (10) 隐藏显示剖分网格和偏移网格对话框(HidesShows the Mesh dialog for meshing and offsetting the mesh)。 (11) 隐藏显示用于调整几何模型到冲压方向对话框(HidesShows the tipping
10、dialog for orienting the part into the press direction i.e. tipping geometry)。 (12) 隐藏显示用于坯料压边力拉伸筋压料板的成形条件对话框(Hides Shows the Forming Condition dialog for applying blankholder force, drawbeads and pressure pads)。 (13) 只显示零件(Displays just the part)。 (14) 显示最佳坯料外形(Displays the blank with an optimum st
11、andard blank outline)。 (16) 显示制件和坯料(Displays both the part and blank)。 (16) 显示安全区域(Displays the Safety Zone result)。 (17) 显示变薄百分比(Displays the Percent Thinning result)。 (18) 显示变厚区域(Displays the Thickness result)。 (19) 显示主应变(Displays the Major Strain result)。 (20) 显示成形区域(Displays the Forming Zone res
12、ult)。 (21) 隐藏显示安全区域、第二主应变、材料类型、当量应变应力、回弹、成 形位移及边界移动、特征线和主应变(HidesShows the Results dialog for displaying Safety 来自h t t p :/w w w .3722.c n 中国最大的资料库下载 来自h t t p :/w w w .3722.c n 中国最大的资料库下载 来自h t t p :/w w w .3722.c n 中国最大的资料库下载 冲压工艺与模具设计 298 298 Margin, Minor Strain, Material Type, Equivalent Strai
13、n and Stress, Springback and Forming Displacement results. As well, Edge Movement, Feature Lines and Principal Strain Direction can be displayed)。 (22) 测量模型或坯料上两点间距离(Measures distance between selected points on the model or blank)。 (23) 测量模型或坯料上所选点间角度(Measures angles between selected points on the m
14、odel or blank)。 (24) 在特定位置上显示模型(Displays the model in the standard views. Click and hold the icon to see the full icon selection)。 (25) 转动视图区域中的模型(Rotates the model in the Graphics Display Area)。 (26) 缩放视图区域中模型(Zooms the model in or out to enlarge or reduce the view in the Graphics Display Area)。 (2
15、7) 在视图区域中移动模型(Moves the model around the Graphics Display Area)。 (28) 在视图区域中最大化显示模型(Fits the model to the Graphics Display Area)。 (29) 打开或关闭着色(Turns on or off shading)。 (30) 打开在线文档(Displays this online documentation)。 12.1.3 显示窗口 FASTFORM 的显示窗口如图 12.3 所示。FASTFORM 的显示窗口被划分为 6 个不同区 域，这些区域用于为用户提供或接受用户的
16、信息。 图 12.3 图形显示区域 来自h t t p :/w w w .3722.c n 中国最大的资料库下载 来自h t t p :/w w w .3722.c n 中国最大的资料库下载 来自h t t p :/w w w .3722.c n 中国最大的资料库下载 第 12 章 利用 FASTFORM 进行数值分析应用实例 299 299 (1) 图形显示区域(Graphical Display Area)。 (2) 菜单栏(Menu Bar)。 (3) 工具条(Toolbars)。 (4) 对话框(Dialog Area)。 (5) 状态栏(Status Bar)。 (6) 进程栏(Progress Bar)。 12.2 分析实例 1. 对一马鞍形制件的成形分析 (1) 单击图标 ，输入 IGES 格式模型文件如图 12.4 所示。 (2) 单击图标 ，打开编缉几何
