封盖的落料拉深冲孔复合模具设计-冲压模含NX三维及18张CAD图
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落料拉深
冲孔
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模具设计
冲压
NX
三维
18
CAD
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封盖的落料拉深冲孔复合模具设计-冲压模含NX三维及18张CAD图,落料拉深,冲孔,复合,模具设计,冲压,NX,三维,18,CAD
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中文翻译成形模具设计中的板料成形数值模拟与试制模具的比较A. ANDERSSON , , _当今，金属板料成形数值模拟是一种用于预测汽车零部件成形能力的强有力的技巧。与传统的方法比如使用试制模具，金属板料成形数值模拟在模具设计中应用程度的巨大的增加使实体模具在制造之前被测试成为可能。另外一种金属板料成形模拟的优点在于其可利用于工艺设计早期阶段，例如在最初的设计阶段。如今，金属板料成形数值模拟的结果的精确度在很大程度上已足够高，以致于可代替试制模具的使用。在沃尔沃汽车公司，车身部件工厂，该项研究已经被启动，金属板料成形模拟以集成的模块形式在模具设计与模具生产的工艺中被使用。1 引言传统地，试制模具被用于验证某种模具设计能否生产满足要求质量的零件。试制模具通常由比生产用模具更便宜的材料制成。这是一种很省时且节约成本的方式。但是，如今另外一种更为行之有效的技术可以使用金属板料成形模拟。这种新技术基于成形工艺的数值模拟，并且对于每套实用模具可以降低10%的成本和15%的生产时间。金属板料成形数值模拟技术不断的发展，并且模拟的结果越来越精确。在将来，或许可以使用金属板料成形数值模拟用于分析更多的工艺。如今，金属板料成形数值模拟的结果的精确度在很大程度上已足够高可代替试制模具的使用。2 方法该研究的目的在于分析和比较金属板料成形数值模拟和试制模具在成形模具设计中的优缺点。此研究中使用的方法基于专为该研究开发的产品可靠性模板（PSM) (Rundqvist and Stahl 2001年)和工艺一致性模板 (PCM)。PSM是一种把工艺中的不同因素（参数）按目录编入不同因素组的模板。然后每种因素（参数）的影响被评定为03等级。基于模板的结果，对产品工艺有最大影响的参数可以被筛选出来，然后可以制作折中或是最小化这些影响的优先表。PCM是通过高级专家测试在实际生产中对汽车元器件成形的连续测试来分析金属板料成形数值模拟、试制模具的结果，生产零件的质量3 设计成形模具的工艺图1所示，一种在沃尔沃汽车公司车身部件工厂（VCBC）的开发一种成形模具的简化生产工艺流程。一种成形模具设计的工艺包括试制阶段，该阶段各种不同的模具设计被测试。这是一个在模具设计工艺中很重要的阶段，目的在于验证零件将会满足所要求的质量。预测一种成形操作的结果是很困难的，但是通过使用金属板料成形数值模拟方法使得对成形操作的结果有价值的预测成为可能。零件/工艺最初的设计零件设计硬质模具/工艺设计试制模具金属板料成形数值模拟图1 VCBC设计成形模具的工艺方法3.1 金属板料成形数值模拟的使用金属板料成形数值模拟可以被利用到模具设计工艺的几个阶段。 起初设计的早期阶段，能够快速验证汽车元器件设计的不同的方案 预测并且验证成形工艺 改善现有的工艺3.1.1 金属板料成形数值模拟的需求 数值模拟软件 零件布局的CAD模型或模具成形表面的CAD模型 描述特定金属板料材料的参数 工艺参数 工作站（现今个人计算机的发展快速的提升以致于个人计算机在将来会成为一种强有力的替代） 一名有能力可以操作该软件并能够分析数值模拟结果的员工数值模拟软件。现今市场有各种各样的商业软件可供使用。为找到合适的软件，必须分析所使用的领域。考虑到用户界面友好性与软件柔性，软件包是不同的。在进行该项研究的VCBC，两种不同的软件包得以使用。一种是用户友好的可快速提供结果的AUTOFORM（2001）。该软件用于获取合理的模具集合形状的反复的分析工艺。另外一种软件是LSDYNA（2001），被用于验证AUTOFORM的结果。 CAD模型。为使用金属板料成形数值模拟方法分析零件或者模具设计，就需要该零件或者模具的CAD模型。这种模型可以在大多数CAD软件中构造。例如，在VCBC使用的CATIA软件。不同的数值模拟软件需要不同类型的CAD模型。 材料参数。单向拉深实验被用于描述材料参数。同样有必要描述材料内部断裂的风险。描述断裂的数据是通过创建成形极限曲线来获取的。成形极限曲线是一种显示在断裂发生前最大许用应力数值的描绘在基准应力平面上的曲线。更为透彻的描述由Pearce于1991年提出。 工艺参数。金属板料成形数值模拟需要核实的工艺参数。 工作站。用于进行金属板料成形数值模拟的模型通常很大以致于为获得核实的运算时间而需要使用工作站。但是，个人计算机技术的发展使几台PC联网成为可能，这有可能会是工作站的替代。 有能力的员工。为读懂金属板料成形数值模拟的结果，能够输入正确的数据并且拥有理解结果的能力是狠必要的。这就需要有能力的员工。这种能力应该包括成形知识和数值模拟知识这由于考虑到生产工艺与翻译结果二者的联系。表1 V-1158.的材料数据壁厚(mm)Rp0.2屈服强度(Mpa)Rm抗拉强度极限(MPa)n 值(平均值)R 值(平均值)0.81403200.2431.763.2 金属板料成形数值模拟的结果金属板料成形数值模拟式如下的研究成为可能： 壁厚的分配 断裂的几率 拉深线 起皱 拉深/冲孔的压力 表面缺陷 表面的稳定性 弹性回复 材料行为 工艺监测 内部拉深 成形视窗 力（凸模、冲孔）图2 壁厚的分配蓝色区域显示变薄20%，红色10%为验证可能的结果对VolvoS80的车身外侧的数值模拟进行了研究。用于该种汽车元器件的材料是一种有着良好成形能力的中碳钢(V1158)。材料的参数如表1所示。3.2.1 壁厚的分配。金属板料成形数值模拟可以为部件壁厚的分配提供一个良好的近似值。在汽车工业对于考虑到壁厚减少的最大的许用量有要求，以确保在碰撞事故中的安全区域。3.2.2 断裂的几率成形工艺过程中可以使用成形极限曲线的方法评定断裂的几率，该几率已在此部分的最初时间被描述好。图3 断裂的几率。图中，裂纹以红色显示。右侧黑线代表成形极限曲线。同样显示数值模拟的结果（蓝色点）图4 图中的深蓝色线显示材料在成形操作时的流动情况。如果材料流过圆角，零件上就会出现拉深线。如果拉深线出现在外观零件的可见表面，该零件就会因质量原因而废掉。3.2.3 拉深线拉深线发生于当一个可见的零件外部区域通过圆角滑入当成形时。零件表面一点流动方式的曲线在数值模拟器件即出现这些线。拉深线在外部零件的可见表面是不应该出现的。在描述成形能力的图5，有足够应变的表面可以看到。通过共同研究这些使预测这些表面的稳定性成为可能。这是一种简化的分写。一种更为细致分析将会包括最终零件的应力与应变的联系。图5该图显示对工艺监测的一个实例。很容易理解成形工艺期间起皱的扩展情况3.2.4 起皱可见的起皱在零件上市不允许的。这些可以通过金属板料成形数值模拟来监测。3.2.5 力为以一种精确的方法测量工艺，必须要知道哪些力对成形该零件是必要的。这些力的数据可以从金属板料成形数值模拟的结果中获取。3.2.6 表面缺陷汽车外部零件对可能发生于成形期间的表面的翘曲很敏感。这些翘曲可能很小但是零件喷涂后仍然可见，这就意味着这个零件必须被废弃。这种缺陷可以通过人工检查到当它在表面轻微移动的时候。金属板料成形数值模拟通过对盈利应变分配的分析可以被用于监测危险区域3.2.7 表面的稳定性稳定的表面的获得目的为增大零件的刚度以阻止零件的不稳定和振动。金属板料成形数值模拟可以通过对应变分配的分析用于监测危险区域。图6 上图显示成形能力。上图中的灰色区域暗指不稳定的区域，粉红色区域则为起皱区域。在下图中指示受压小约束表面标记为蓝色。如果这些区域位于外观零件的可见表面，则存在产生不稳定区域的可能性。3.2.8 弹性回复弹性回复可以被用于描述在制件被取出成形模具后发生的一种几何形状的变化。这种几何形状的变化导致该零件与其他零件进行装配式的不匹配。3.2.9 工艺监测在金属板料成形数值模拟中，这种工艺可以通过动画的方式细致地而执行。3.2.10 拉深为使材料的消耗最小，优化毛坯的外形是很重要的。金属板料成形数值模拟可以通过分析内拉深工艺最大程度的充分利用坯料。3.2.11 成形视窗成形视窗可以被描述为工艺参数的许用变动范围。目的在于保证生产零件的质量。3.3 试制模具的使用试制模具当工艺方法设计需要验证时被使用（如图1）。基于这种设计试制模具用锌合金铸造。例如，快速原型零件从这种试制模具中生产出来。试制模具与生产模具制件有几点不同。因此，在试制模具中生产如此多的零件是不可能的。另外一点不同在于试制模具比生产模具要便宜更多。但是，由于两种形式模具件的区别的存在，对于在这两种形式模具中生产处的零件有同样的质量没有保证。图7 蓝绿色线显示坯料闭合后的板料位置。拉深线即可以通过与底部区域的线的比较测量。4 产品可靠性模板(PSM)PSM可以用于确定哪个参数对工艺的稳定性有巨大的影响。同样使确定某种影响的程度成为可能。这就为对大多数极其困难的问题提供了数值上的帮助。这些极困难的问题就特别的有趣当他们被解决的时候因为他们是最降低效率的。对PSM更为细致的描述由Rundqvist 和 Stahl 于2001年提出。一个PSM被使用的例子由. Pettersson于1991年提出，在该例子中在VCBCPSM被用于分析不同的工艺。5 结果使用试制模具的技巧已经与金属板料成形数值模拟的技巧从两个方面进行了比较。第一方面是预测生产工艺不同的参数的能力，在第3部分已经提到。第二方面是验证哪个工艺参数应该加以研究的能力。5.1 预测工艺与生产工艺一致性的研究PCM提供试制模具与数值模拟考虑生产工艺的相关性透彻的比较。表2显示应用的不同领域不同的技巧与能力预测在生产工艺中的行为。表2 的数值已经通过与高级成形专家深入的研究而确定。表2中，使用到下面的等级5 结果显示与生产工艺非常一致。44 结果显示与生产工艺良好的一致。个别地方可能有分歧。3 结果显示与生产工艺在大多数地方较好的一致。2 结果显示与生产工艺在某些地方较好的一致。需要对结果进行间接地理解。1 结果显示与生产工艺完全没有一致性。它不能被用于工艺预测或者是检验。对于表2的结论包括如下 断裂的几率与实际断裂间的差异在于断裂几率显示区域没有发生裂纹而是缩颈出现的地方。 参数“材料特点”指的是预测零件质量的能力依赖于材料质量的波动。 工艺监测使控制在工艺过程中不同参数的如何改变成为可能。 成形视窗对于监测工艺对波动的敏感程度是一个辅助工具。 模具冲裁力的数值基于可以测量试制模具中的成形力的假设。表2 工艺一致性模板（PCM）：产品工艺的一致性参数工艺壁厚分配断裂几率断裂拉深线起皱表面缺陷表面的稳定性弹性回复材料性能工艺监测内部拉深凸模冲压力拉深量冲裁力成形视窗数值模拟444442224443224试制模具3343444323434335.2 对于生产工艺中何种因素可以分析的研究依据PSM模型，将对生产工艺有特殊性的不同因素分成不同因素组的放啊已经被运用在此次研究中。在先前的研究中(Andersson et al. 1999年)，关于这两种铝成形的技巧的不同因素已经被研究了。在这项研究中为方便的比较这两种技巧由于预测和验证被考虑这项工作得以修正。在表3中，使用到下面的等级3 结果显示对生产工艺极好的预见性。2 结果显示对生产工艺直接的预见性。1 结果显示对生产工艺间接地预见性。0 结果根本不能预测生产工艺。5.3 测试能力的局限/扩大对表2和表3的分析显示出在模具设计工艺过程中使用金属板料成形数值模拟的几个优点。然而，金属板料成形数值模拟的最大优点之一在于其使对不同零件、模具或是工艺的设计的测试成为可能，从而潜在的节省了时间和金钱。在这个方面，试制模具更为局限和昂贵，这就意味着仅有极少数量的试制模具被生产出来。试制模具的使用对测试有助于可能性的局限，然而，金属板料成形数值模拟的使用有助于测试可行性范围的扩大。表3 利用PSM预测生产工艺中的不同因素（参数）的比较的可能性考虑试制模具中的测量力的可能性因素分组金属板料成形数值模拟试制模具A模具A1模具几何外形22A2微观形状/表面01A3拉深筋12B材料B1壁厚分配22B2断裂的几率22B3拉深线22B4起皱22B5表面缺陷12B7表面稳定性12B8弹性回复12B9材料性能22B10内部拉深22B11表面粗糙度、擦损02C工艺C1冲压速度12C2温度01C3润滑12C4凸模冲压力22C5冲孔冲压力22C8成形视窗22D人为因素D1控制12D2变换频率12E维护E2冲压力维护11F特殊因素F1模具洁净成素02G进口设备G1操控设备136 结论金属板料成形数值模拟的使用与试制模具的使用相比可极大地减少金钱和时间的花费。要点在于研究的数值模拟与实际生产工艺参数之间的良好的一致性。金属板料成形数值模拟对于预测和验证成形工艺也要比试制模具高级。当开始使用金属板料成形数值模拟时，所需投入相对较小。投入工作站和软件是很必要的，这些大概花费500，000SEK。此外，拥有有能力胜任金属板料成形模拟工作的员工同样是比不可少的。与投资一套试制模具（每套50，000SEK）相比，如果在合适的时候使用金属板料成形数值模拟在降低金钱和时间消耗方面的益处是很明显的。正如起初
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