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1、 1 / 38薄板冲压成型仿真软件 Autoform 一、前言目前，在薄板冲压成型仿真领域，Autoform 软件的市场占有率为全球第一。全球 90% 以上的汽车制造商在使用 AutoForm。全球前 20 家最大的汽车制造商 100% 在使用AutoForm。全球超过 100 家模具制造商与薄板冲压件制造商均在使用AutoForm。在德国， AutoForm 市场占有率为 90% 以上。在全球 AutoForm 市场占有率为 80% 以上。在国内，AutoForm 目前拥有众多的行业用户，如上海大众汽车有限公司、一汽模具制造有限公司、东风汽车模具有限公司、成飞集成科技股份有限公司及天津汽车模
2、具有限公司等。Autoform 自面世至今不过十来年，其进入中国市场也不过短短三、四年时间，却获得了业界的一片喝彩与赞誉，缘由何在？Autoform是一款CAE 仿真软件，我们知道，CAE 是计算机辅助工程（Computer Aided Engineer）的简称。对工程应用实际的辅助功能全面，操作简便，提高工程方案的可靠性，缩短方案制定周期等方面都具有强大的辅助功能，能实实在在的提高工作效率，使应用者对自己的工作方案在实施前就做到心中有底，有效减少实际工作中的不确定性，这些无疑都是评价一款CAE 软件是否优秀的重要标准。Autoform 的出现，冲击和改变了许多传统的CAE 仿真理念。其界面简
3、单，操作简便，无需用户具备有限元知识，消除了一般工程技术人员对CAE仿真分析的神秘感，促进了CAE 分析的工业应用。由于在众多有限元技术上的突破，使得AutoForm 在计算速度上具有很大的优势，也推翻了动态显式算法计算效率优于静态隐式算法的传统观念。其在接触处理算法上的突破，使得应用者从此无需再将大量宝贵的时间耗费在单元网格处理之中。其功能强大的模面设计 2 / 38模块，使得应用者无需再将大量时间耗费在繁冗的CAD 数据处理之中，而将精力专注于方案本身。其在单元技术上的突破，使得用户可以选择多种单元类型，对成型过程进行精确模拟计算。其在自适应网格技术上的突破，使得用户能精确模拟出最细微处的
4、材料变形流动情况。其完善的输入/输出接口，保证了不仅可以输入多种格式的外部数据，也可以将在Autoform 中生成的曲面以多种格式输出，甚至可将仿真后产品的各种成型信息（如应力、应变等）以多种格式（如Nastran ，Dyna、pam、Abaqus 等）输出以备后续碰撞仿真分析使用。 Autoform 模块及特点作为一款优秀的 CAE 仿真分析软件，Autoform 主要分为以下模块：从求解方式来讲，分为： 一步法（OneStep ）主要用于快速成型仿真，快速方案评估，坯料展开等。 增量法（Incremental）主要用于精确模拟成型过程，精确评估方案。 液压成型分析（HydroForming
5、）主要应用于管胀分析，弯管分析。从模块上来讲，主要分为： 工件设计模块 PartDesigner 模面设计模块 DieDesigner 坯料设计模块 BlankDesigner 排样设计模块 Nest 3 / 38 修边设计模块 Trim 工艺优化模块 Optimizer 管胀模具设计模块 HydroDesigner 快速分析模块 OneStep 精密分析模块 Incremental 液压成型分析模块 Hydro 项目管理模块 ProjectManagerAutoform 能够成为在薄板成型仿真领域工业应用最为广泛的一款CAE 软件，主要具有以下特点：1. 全自动网格划分。传统意义上的分析师，
6、都在对几何的网格划分上具有较深的造诣，在一个方案的整个分析过程中，网格的处理，往往占据了70%的精力。资深分析师的匮乏，严重影响了CAE 分析在工业界的推广应用。Autoform 由于在接触算法上的重大突破，从而在根本上改变了网格划分对技术人员所要求的内涵，其整个划分过程全自动，无需用户干预，具有快速、准确、稳定和简单的特点，不占用使用人员的精力。全自动网格划分，使得CAE 分析的瓶颈问题得到解决，对普通技术人员而言，CAE 分析不再是一个神秘领域，使得CAE 工业应用的普及化真正成为现实。2. 全程工艺设计辅助。 4 / 38图1 成型性分析结果3. 计算速度快。Autoform 对板冲压成
7、型过程的仿真模拟计算速度超越了传统意义上对板冲压成型过程进行模拟所需时间的理解。其计算速度是同类CAE 软件的几倍甚至几十倍。绝大部分制件的仿真分析计算都能在几十分钟内完成，有些甚至只需几分钟。4. 模拟精度高。Autoform 不仅在瑞士设有研发部门，而且在德国还专门设有工业应用部门，其与欧洲的一些著名的汽车生产商和模具生产商之间也已建立了良好的联系和反馈机制。经过多年的工业应用反馈积累改进和版本升级，目前，Autoform 的模拟精度已经在世界范围内得到了广泛认可，这一点也已经在NUMISHEET2002 的试题结果中得到了很好的反映。5. 模拟结果稳定性高。Autoform 诸多内置参数
8、来源于工业实际，无需用户外部干预。与传统CAE 软件比较，其计算结果不依赖于操作者的FE 经验，不会因人而异，稳定性非常好。这一点已经在NUMISHEET2002 的试题结果中得到了很好的反映。6. 界面简洁，操作性好。Autoform 的前、后处理所有功能都集成于一个界面之中，但整个界面简单明了，给人以井井有条之感。其所有模块都兼具向导功能，户只须按部就班将设置填好即可。若用户有错误或疏漏的地方，Autoform 会以警示颜色标出，方便用户检查及修改。7. 全参数化驱动，各模块无缝集成。Autoform 中的所有涉及模面设计及几何操作的地方，都是参数化驱动，用户修改任意一处，相应的其它地方都
9、自动改变。不同模块无缝集成，在任意一模块中都可调用其它模块中所获得的结果。 Autoform 功用解析 5 / 38Autoform 的主要工业应用方面体现在： 冲压件、管胀件及弯管件的成型工艺性分析。应用Autoform，可以精确快速的对每一种工艺方案进行模拟分析。通过对仿真结果的分析解读，可以快速判断工艺方案的可靠性，找出问题所在。针对可能会发生的问题，提前制定相应的对策及方案修改办法，将问题消弭在前期技术工作中，使用户所在单位的整个工作流程更加畅通。 工件设计。在产品设计阶段，设计工程师需快速评估产品工艺性及加工性是否合理，若不合理，能否快速修改产品而无需依赖在CAD系统中进行繁冗的操作
10、。借助于Autoform 的OneStep 功能，设计师可以快速评估产品设计的合理性。借助于Autoform 的PartDesigner 模块，可以使设计师快速完成诸于产品倒角、特征修改、孔洞填充及左、右件之间连接型面的生成的操作。 模面设计。在工艺规划设计阶段，传统上工艺师都是依靠已积累的经验进行工艺规划，在CAD 系统中完成模面设计。这种方法对工艺人员的经验要求太高，并且在CAD 系统中进行模面设计工作耗时费力，修改甚难，一旦工艺方案被否定，在CAD 系统中所作的模面设计工作难免前功尽弃，不能不使模面设计工程师郁闷异常。Autoform 的 DieDesigner 模块将成为工艺人员的强大
11、助手。应用AutoForm 的DieDesigner 模块，可以进行精细模面设计。用户通过将产品零件的数模导入到AutoForm 中，通过DieDesigner 模块可完成一个完整的工艺设计过程。其模面设计功能是全参数化的，操作简便，操作者只需将精力集中于工艺方案本身，方便的通过Autoform 快速将工艺人员的定性工艺思路以量化的方法表达出来。 6 / 38依靠DieDesigner 模块提供的功能，工艺人员可以在短时间内（一般30 分钟内）快速完成一种方案的工艺补充。借助于DieDesigner 模块，可以快速对不同工艺方案进行比较，选择出其中的最优方案。 排样设计Filleting Do
12、uble-attached Geometry modify图2 PartDesigner 功能 7 / 38图3 Autoform 中DieDesigner 功能 优化设计 方案管理 全工艺方案辅助设计 典型案例此案例中产品，运用传统方法在 CAD 系统中进行工艺分析并做出工艺补充型面，差不多要一个星期。并且，依据工艺人员的经验状况，还不一定能保证工艺方案的正确性。采用 Autoform 进行工艺方案设计及模面设计工作，设计者可在一天之内确定出最佳工艺方案并完成模面设计工作。设计者即使经验不足，也可对自己的工艺方案的准确性充满信心。此模型工艺性及几何特诊均较复杂，在车身覆盖件中达到此难度的并不
13、多。对于一般难度的制件，完成工艺方案确定及模面设计和模拟计算所耗时间远远较此为少。二、Autoform模块介绍Autoform 为模具制造商和板料成形工业提供软件解决方案。使用 Autoform 软件，可以提高工艺规划的可靠性、减少模具调试次数、缩短模具调试的周期，以最大的可信度提高零件和模具设计质量。另外，也可以减少模 8 / 38具故障而导致压机停机的时间以及降低生产废品率等。基于实践、工业技术的技巧和板料成形专家的经验，Autoform提供了一套完整的、集成化的系统，为产品开发过程链中的每一个阶段提供分析、审核和优化等高度专业化的功能。在整个板料成形开发过程链中，Autoform融入了各
14、种解决方案。可以为小型和中型的公司提供各种独立的模块，也可以为大公司提供集成的多模块系统。图 1.贯穿整个产品开发过程链的软件解决方案因为 Autoform 的软件模块完全集成化，这样在产品开发过程早期阶段的方案理念和结果能够容易地并直接地用于后面的阶段。这就使客户能从同步工程的过程中获益，优化时间、成本和质量，从而使效率和生产率最大化。PartDesigner 零件设计模块这个模块可以帮助用户简单并快速地修改零件。可成形性分析需要反复地对零件特征进行设计，重新设计的造型也需要反复的评价，直到确定零件成形 9 / 38牢靠。为了快速并可靠完成可制造的零件设计，零件修改必须在实现上简单快速，可成
15、形性模拟的结果也必须能够快速得到。然后由设计人员确保最优化的产品造型被鉴定和被确认。然而，依赖 CAD 系统并不是一个完成它的有效的方法。零件设计模块是 Autoform 一步法模块的一个多方面的、易用的、补充的工具包，它可以实现零件的快速修改，这样就使复杂的设计实例在实际中可以贯彻实现。OneStep 一步法模块这个模块是板金零件可制造性分析的技术。Autoform一步法模块在产品开发周期里有多个应用范围，涵盖产品可成形性分析，从材料成本优化到早期模具和工艺布局的辅助分析。应用的多样化和用户的多样化，也就是产品设计人员和工程师、工艺和模具型面设计人员、材料和模具成本评估人员的多样化，由于 A
16、utoform 一步法模块的易用性，并用相对简单的数据就可以运行一步法进行模拟计算，这是可能的。BlankDesigner 板料设计模块这个模块可以快速地进行基于成本优化的板料设计。在产品开发周期，从产品方案到最后模具制造的每一个阶段，Autoform 板料设计模块都可帮助降低材料成本。Nest 排样模块这是个基于成本优化的板料排样模块。Autoform排样模块是专门用来确定卷料开卷落料的排样图，是进行成本、报价和规划的理想工具。这是目前市场上唯一一款，当考虑不同卷料宽度在成本上的波动进行自动计算最佳排样图的软件。这是一个很重要功能特性，因为材料成本在依赖卷料宽度上的变化最高 10 / 38可达 25%。DieDesigner 模具设计模块这是 3D模具工艺方案设计和工艺过程优化的模块。Autoform 模具设计模块是专门为可行性分析工程师、工艺规划员和模具
