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1、沖壓仿真技術介紹沖壓仿真技術介紹及在工程中的導入及在工程中的導入 FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP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 FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP一一. .前言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.FOXCONN
2、-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP一.新软体使用的背景二二. .技術介紹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?FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP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！FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP
3、FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOPFOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOPFOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP灵活性与可加工性尝试新的材料 和工艺缩短开发周期消除/减少 试验模目的目的: :在可控的成本范围内，准时完成模具开发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周期质量质量成本成本FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP模拟结果与分析模拟结果与分析材料数据材料数据 冲压板冲压板 材材模具模具 几何因素几何因素摩擦规律摩擦规律 冲床冲床 因素因素压延筋压
4、延筋冲压过程模拟冲压过程模拟分析方法分析方法: : 三维全局模拟三维全局模拟, , 区域区域, , 或二维截面或二维截面 智能型自适应网格细化智能型自适应网格细化: : * * 启动启动 高精度模拟高精度模拟 * * 关闭关闭 快速化模拟快速化模拟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。FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOPPUNCHDIEBLANK静态“准” 静态动态结构问题金属成形碰撞问题S F = 0S F 0S F
5、= ma隐 式 方 法 显 式 方 法二.主流软体的技术基础介绍FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP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）。 FOXCONN-WLBG-MP
6、M PROTOTYPE SHOPFOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP隐式时间积分算法:l时间t+Dt 时计算平均加速度位移:显式时间积分算法：l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FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP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FOXCONN-WL
7、BG-MPM PROTOTYPE SHOP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Superforge: 有限體積法Deform: 專業體成形軟體FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP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: 拉伸实验低碳钢的应力应变曲线(夸大的)弹性理想塑性应变强化上屈服点破坏FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTY
8、PE SHOPStress ( 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 ( 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
9、塑性s = E esYUTSs= K enFOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP各向同性材料各向同性材料各向异性材料各向异性材料HILL 90 HILL 90 模型模型各向异性系数 Lankford ratio :IsotropicNormal AnisotropicPlanar Anisotropic /OrthothrpicR0 = R45 =R90 =1R0 = R45 =R90 1R0 R45 R90 FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOPForming Limit Diagram (FLD)：FLD是一种非常有用的工具，它 可以通过工件
10、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 。FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOPFOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP回弹SPRINGBACK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
11、衡状态的过程，工件形状也发生了变化。FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP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。FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP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：
12、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）FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP金屬材料的機械性能性能代號單位定義密度rg/cc給定體積的質量楊氏模量EMPa應力應變曲線彈性階段的斜率抗拉強度UTSMPa材料破裂失效前最大的應力0.2% 屈服強度sY2MPa一般規定材料塑性變形0.2的應力泊鬆比nmm/
13、mm橫向應變和縱向應變的比率硬化指數nmm/mm虎克定理 ( s = Kn )的指數延伸率%el%材料破裂時的伸長率各向異性指數r00mm/mm材料軋制方向的比率r45mm/mm材料軋制方向45度的比率r90mm/mm材料軋制方向90度的比率FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP三三. .功能和運用功能和運用1.組織架構Prototype shop工程分析課板成形組體成形組沖模廠FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP2.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
14、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.FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP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.FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP展開所需時間 : 30 - 120min預估成形力所需時間 : 120 - 480minFOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP快速預估 : 60 - 240min By Qucikst
15、amp精確預估 : 120 - 480min By Autostamp or DynaformFOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP產品最小圓角為0.4FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP產品最小圓角為0.8FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP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.FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOPFOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOPFOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP軟EG料的回彈變形FOXCONN-WLBG-MPM PROTOTYPE SHOP硬EG料的回彈變形F
