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 一一. .前言前言二二. .技術介紹技術介紹 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三三. .功能和運用功能和運用 1.組織架構 2.功能和方向 3.流程分析四四. .結束語結束語一一. .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高層高度重視,中層的竭力扶持和執行層中層的竭力扶持和執行層貫徹實施貫徹實施. 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.一一. .新软体使用的背景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世界各大公司都广泛采用CAECAE技术来提高产品设计技术来提高产品设计与制造能力，冲压仿真技术与制造能力，冲压仿真技术100%100%覆盖了汽车制造覆盖了汽车制造行业！行业！ 灵活性与可加工性灵活性与可加工性尝试新的材料尝试新的材料和工艺和工艺缩短开发周期缩短开发周期消除消除/减少减少试验模试验模目的目的: :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使用低吨位的冲床的冲床降低模具成本降低模具成本改善产品寿命改善产品寿命周期周期周期周期质量质量质量质量成本成本成本成本模拟结果与分析模拟结果与分析模拟结果与分析模拟结果与分析材料数据材料数据材料数据材料数据 冲压板冲压板冲压板冲压板材材材材模具模具模具模具 几何因素几何因素几何因素几何因素摩擦规律摩擦规律摩擦规律摩擦规律 冲床冲床冲床冲床因素因素因素因素 压延筋压延筋压延筋压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值显示的“产品产品”。从成形过程和结果的数值可以显示各。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。种缺陷的生成，以判断工艺的优劣。 PUNCHDIEBLANK静态静态“准准” 静静态态动态动态 结构问题结构问题 金属成形金属成形 碰撞问题碰撞问题S S F = 0S S F 0S S F = ma隐隐 式式 方方 法法显显 式式 方方 法法二二. .主流软体的技术基础介绍主流软体的技术基础介绍 冲压过程是个瞬态过程，所以从数值计算的角度来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，也可以使用显式算说，即可以使用隐式算法求解，也可以使用显式算法求解。法求解。Implicit Implicit 隐式算法：要求矩阵转置与对角化，所以能隐式算法：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处理的模型较小，同时求解过程中必须进行收敛叠代。代。 Explicit Explicit 显式算法：不必进行矩阵转置与对角化，也显式算法：不必进行矩阵转置与对角化，也不需进行收敛叠代与检查。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（用显式时间积分来仿真成形过程（formingforming），），使用使用隐式时间积分来仿真回弹过程（隐式时间积分来仿真回弹过程（springbackspringback）。）。 隐式时间积分算法隐式时间积分算法: :l时间t+Dt 时计算平均加速度位移:显式时间积分算法：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 获得板成形分析软体：板成形分析软体： DynaformDynaform: : 美国美国 求解器为求解器为LS-DYNA LS-DYNA 兼具显式隐式算法兼具显式隐式算法 Pamstamp2G: Pamstamp2G: 法国法国 兼具显式隐式算法兼具显式隐式算法 AutoformAutoform: : 德国德国 隐式算法隐式算法 FastformFastform，SuperformSuperform等等等等體積成形分析软体：體積成形分析软体： LS-DYNA : LS-DYNA : 兼具显式隐式算法兼具显式隐式算法 SuperformSuperform : : 求解器為求解器為MRC MRC 兼具显式隐式算法兼具显式隐式算法 SuperforgeSuperforge: : 有限體積法有限體積法 Deform: Deform: 專業體成形軟體專業體成形軟體三三. .冲压仿真专业术语介绍冲压仿真专业术语介绍CAECAE: Computer Aided Engineering 计算机辅助工程FEAFEA :Finite Element Analysis 有限元分析Tensile TestingTensile Testing: 拉伸实验低碳钢的应力应变曲线低碳钢的应力应变曲线( (夸大的夸大的) ) 弹性弹性理想塑性理想塑性应变强化应变强化上屈服点上屈服点破坏破坏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 ( 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） 弹性弹性塑性塑性s = E esYUTSs= K en各向同性材料各向同性材料各向同性材料各向同性材料各向异性材料各向异性材料各向异性材料各向异性材料HILL 90 HILL 90 HILL 90 HILL 90 模型模型模型模型各向异性系数各向异性系数 Lankford ratio :IsotropicNormal AnisotropicPlanar Anisotropic /OrthothrpicR0 = R45 =R90 =1R0 = R45 =R90 1R0 R45 R90 Forming Limit Diagram (FLD)Forming Limit Diagram (FLD)：FLDFLD是一种非常有用的工具，它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FLDFLD上投影一点，通过在上投影一点，通过在FLDFLD上投影点的位置来判断工件上这个位上投影点的位置来判断工件上这个位置的变形状况。置的变形状况。 MajMaj MinMin主应变是变形后，椭圆主应变是变形后，椭圆长轴的方向，恒为正。长轴的方向，恒为正。次应变是变形后，椭圆次应变是变形后，椭圆短轴的方向，可正可负。短轴的方向，可正可负。回弹回弹SPRINGBACKSPRINGBACK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。回弹计算有两种方法回弹计算有两种方法 : : = Static co-processor = Static co-processor隐式求解隐式求解- - 使用隐式求解器使用隐式求解器-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。常大，无法完成运算。 = Dynamic relaxation method = Dynamic relaxation method显式求解显式求解- -使用显式求解器使用显式求解器- - 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，对会比较容易，对内存需求小，对CPUCPU需求高。需求高。四四. .进行仿真分析所需要的信息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：下面列表是完成一个仿真过程所必须的信息：1. 1.表达模具表达模具3 3D D外形的外形的IGSIGS文件，或其他可表达文件，或其他可表达3 3D D信息的文件信息的文件2. 2.下料尺寸的下料尺寸的2 2D D图档，以及在模具上定位关系尺寸。图档，以及在模具上定位关系尺寸。3. 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。序，速度等。4. 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，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。使用类型以及数量，预压量等等。5. 5.材料的牌号，厚度。（详细参数见下表）材料的牌号，厚度。（详细参数见下表）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/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度的比率三三. .功能和運用功能和運用1. 1.組織架構組織架構 Prototype shop工程分析課板成形組體成形組沖模廠2. 2.功能和方向功能和方向產品設計初期仿真能做什麼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.產品設計階段仿真能做什麼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.展開所需時間 : 30 - 120min預估成形力所需時間 : 120 - 480min快速預估 : 60 - 240minBy Qucikstamp精確預估 : 120 - 480minBy Autostamp or Dynaform產品最小圓角為0.4產品最小圓角為0.8模具設計階段仿真能做什麼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.軟EG料的回彈變形硬EG料的回彈變形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. 3.流程分析流程分析接下页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四四. .結束語結束語