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1、冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,1,沖壓仿真技術介紹 及在工程中的導入,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,2,一.前言 二.技術介紹 1.新软体使用的背景 2.主流软体的技术介绍 3.冲压仿真专业术语介绍 4.仿真分析所需要的信息 三.功能和運用 1.組織架構 2.功能和方向 3.流程分析 四.結束語,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,3,一.前言,任何一項新技術在單位的引入,發展,深植都離不開高層高度重視,中層的竭力扶持和執行層貫徹實施. 有著將CAD/CAM成功推廣經驗的MPM, 沖壓仿真CAE技術同樣可以在沖模廠這片技術肥沃的土壤迅速成長.,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,4,一.新
2、软体使用的背景,二.技術介紹,塑胶产品仿真软体Moldflow，C-flow在产品开发阶段得到了各方认可，冲件产品有没有这样的软体呢？ 冲件产品缺陷表现为材料缩颈，破裂，拉痕，残余应力变形(回弹)造成的形位精度的丢失，仿真软体可不可以真实再现这些现象？ 汽車行業大量使用CAE工具，3C行業運用如何?,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,5,世界各大公司都广泛采用CAE技术来提高产品设计与制造能力，冲压仿真技术100%覆盖了汽车制造行业！,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,6,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,7,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,8,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,9,灵活性与
3、可加工性,尝试新的材料 和工艺,缩短开发周期,消除/减少 试验模,目的:在可控的成本范围内，准时完成模具开发,使用低吨位 的冲床,降低模具成本,改善产品寿命,周期,质量,成本,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,10,可以简单给这种新软体一个概念：冲压工程分析软体就好象一台冲床，输入各种外界条件，最终就可以得到一个数值显示的“产品”。从成形过程和结果的数值可以显示各种缺陷的生成，以判断工艺的优劣。,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,11,静态,“准” 静态,动态,结构问题,金属成形,碰撞问题,S F = 0,S F 0,S F = ma,隐 式 方 法,显 式 方 法,二.主流软体的技术基础介绍
4、,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,12,冲压过程是个瞬态过程，所以从数值计算的角度来说，即可以使用隐式算法求解，也可以使用显式算法求解。 Implicit 隐式算法：要求矩阵转置与对角化，所以能处理的模型较小，同时求解过程中必须进行收敛叠代。 Explicit 显式算法：不必进行矩阵转置与对角化，也不需进行收敛叠代与检查。 主流的解决方法比较完美的结合了两者的优点：使用显式时间积分来仿真成形过程（forming），使用隐式时间积分来仿真回弹过程（springback）。,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,13,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,14,隐式时间积分算法: 时间t+Dt 时计算平
5、均加速度位移:,显式时间积分算法： 用中心差分法在时间 t 求加速度: 其中Ftext为施加外力和体力矢量, Ftint为下式决定的内力矢量: 新的几何构形由初始构形xo加上位移增量 获得,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,15,板成形分析软体： Dynaform: 美国 求解器为LS-DYNA 兼具显式隐式算法 Pamstamp2G: 法国 兼具显式隐式算法 Autoform: 德国 隐式算法 Fastform，Superform等等,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,16,體積成形分析软体： LS-DYNA : 兼具显式隐式算法 Superform : 求解器為MRC 兼具显式隐式算法 S
6、uperforge: 有限體積法 Deform: 專業體成形軟體,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,17,三.冲压仿真专业术语介绍,CAE: Computer Aided Engineering 计算机辅助工程 FEA :Finite Element Analysis 有限元分析 Tensile Testing: 拉伸实验,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,18,Stress ( s )：sENG = F/Ao 工程应力=受力/面积 Strain ( e )：eENG= (l lo)/ lo 工程应变=（最终长度-初始长度）/初始长度 Youngs Modulus of Elasticity
7、( E ) 杨氏模量 s = E e（弹性阶段） Yield Stress ( sY ) 屈服应力 Ultimate Tensile Stress (UTS) 抗拉强度 material strength coefficient （K） 材料的硬化系数（塑性阶段） work hardening exponent （n） 材料的硬化指数（塑性阶段）,弹性,塑性,s = E e,sY,UTS,s= K en,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,19,各向同性材料,各向异性材料,HILL 90 模型,各向异性系数 Lankford ratio :,Isotropic Normal Anisotropi
8、c Planar Anisotropic /Orthothrpic,R0 = R45 =R90 =1 R0 = R45 =R90 1 R0 R45 R90,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,20,Forming Limit Diagram (FLD)：FLD是一种非常有用的工具，它可以通过工件上任意一点位置上主应变和次应变的数值在FLD上投影一点，通过在FLD上投影点的位置来判断工件上这个位置的变形状况。,Maj,Min,主应变是变形后，椭圆长轴的方向，恒为正。 次应变是变形后，椭圆短轴的方向，可正可负。,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,21,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,22,回弹SP
9、RINGBACK,应力释放過程,有限元的回彈解釋： 在成形的下死点，模具完全闭合时，工件内的残余应力和工件与模具的接触力平衡。当工件脱离模具时候，这种平衡被打破，工件会达到一个新的平衡状态。实际上，这个过程是部分释放在工件内的残余应力，并达到一个新的平衡状态的过程，工件形状也发生了变化。,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,23,回弹计算有两种方法 : = Static co-processor隐式求解 - 使用隐式求解器 能够取得比较好的求解精度，但是由于需要矩阵转置与对角化，对于大模型可能内存的需求非常大，无法完成运算。 = Dynamic relaxation method显式求解 -使用
10、显式求解器 - 不需要矩阵转置与对角化，所以处理大的模型会比较容易，对内存需求小，对CPU需求高。,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,24,四.进行仿真分析所需要的信息,下面列表是完成一个仿真过程所必须的信息： 1.表达模具3D外形的IGS文件，或其他可表达3D信息的文件 2.下料尺寸的2D图档，以及在模具上定位关系尺寸。 3.模具部件在成形时候的运动以及位置关系，例如动作的先后顺序，速度等。 4.压料的方式和压料力大小，例如是使用气缸或弹簧，优力胶等，使用类型以及数量，预压量等等。 5.材料的牌号，厚度。（详细参数见下表）,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,25,冲压仿真技术介绍及在工程中的
11、导入,26,三.功能和運用,1.組織架構,Prototype shop,工程分析課,板成形組,體成形組,沖模廠,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,27,2.功能和方向,產品設計初期仿真能做什麼? 1 . 對比不同的材質和材料厚度對成形性能的影響，厚度分布圖和應力應變分布圖，供產品設計人員借鑒. 2 . 提供各種工藝方案（拉伸，擠出，鍛造等）仿真結果，為整體方案確定提供有利與產品制造的建議.,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,28,產品設計階段仿真能做什麼? 1. 盡早發現成形問題，利於costdown. 2. 精確估計成型所需要的噸位，經濟選擇沖床. 3. 展開產品，評估坯料尺寸，提供報價依據
12、.,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,29,展開所需時間 : 30 - 120min,預估成形力所需時間 : 120 - 480min,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,30,快速預估 : 60 - 240min By Qucikstamp,精確預估 : 120 - 480min By Autostamp or Dynaform,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,31,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,32,產品最小圓角為0.4,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,33,產品最小圓角為0.8,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,34,模具設計階段仿真能做什麼? 1. 優化下料尺寸，在材料成本和成形
13、質量上找到平衡點，並可提供復雜形狀的下料刀口尺寸. 2. 對比不同的成形參數對產品的影響（壓料力，入口圓角，抽引高度等）. 3. 預測回彈變形以及回彈補償量.,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,35,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,36,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,37,軟EG料的回彈變形,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,38,硬EG料的回彈變形,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,39,工站排布,報價,客戶來檔,討論,不適合仿真,復雜零件,早期評估,如果必要,初定工藝，調諧，驗証,專家系統,3.流程分析,接下页,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,40,模具設計,模具加工,組立測試,標準接受,模具設計變更,N,批量生產,Y,仿真設變方案,接上页,冲压仿真技术介绍及在工程中的导入,41,我們的目標： 實現所有金屬成形工藝的計算機數值模擬,我們的方向： 輔助工程單位減少或消除金屬成形制造瓶頸的產生,四.結束語,
