板料成形数值模拟项目建议书

1、板料成形数值模拟项目建议书目 录1 目标和意义 . . 32 实施必要性 . . 33 实施基础条件 . . 34 实施方案分析 . . 4 4.1 ESI集团板料成形模拟解决方案介绍 . 4 4.2 ESI集团板料成形模拟解决方案软件功能 . 4 4.3 ESI集团板料成形模拟解决方案的作用 . 12 4.4 ESI集团板料成形模拟解决方案的部分用户 . 13 4.5 ESI集团板料成形模拟解决方案的优点 . 144.6 ESI集团板料成形模拟解决方案的软硬件配置 . 145 预期效益分析 . . 176 结论 . . 171 目标和意义通过实施在世界上成形模拟应用的最专业、 最成熟、 最广

2、泛的板料成形模拟 解决方案来解决板料件模具设计和生产过程中的各种问题。(1板料成形模拟解决方案要全面、专业、快速、使用方便的解决板料件模具 设计生产过程中的模具设计问题、 下料尺寸估算问题、 成形精确模拟问题 (保证 成形后产品的质量和模具回弹自动补偿问题。(2板料成形模拟解决方案要能够提高板料件的模具设计效率,缩短模具从设 计到投入生产的周期, 提高工艺部门和设计部门的协同效率, 缩短产品开发周期, 降低产品开发成本,提高产品的市场竞争力。2 实施必要性板料成形过程的数值模拟技术实质上就是在计算机上应用有限元仿真软件 进行虚拟的板料成形试验 , 通过输入各种给定的条件和一些实际的实验参数 ,

3、 进行 计算机数值计算模拟,通过分析模拟得到的结果来预测板料在成形过程中 , 各种 缺陷产生的位置和分布程度 , 以此初步判断所选毛坯材料力学性能参数与模具工 艺设计方案以及模具参数选择的合理性 , 同时借助数值模拟结果的三维动态显示 可以详细地分析冲压成形的每一小步过程的情况 , 从而可以比较精确确定缺陷产 生的具体原因以及找出相对应的解决办法来。为了提高的制造水平和市场竞争力, 为了改变以往板料件模具设计和生产过 程中严重依赖设计人员的经验和多次的实际物理试模的落后的状况, 我们必须采 用专业的成熟的板料成形模拟解决方案解决板料件模具设计问题、 下料尺寸估算 问题、成形精确模拟问题(保证成

4、形后产品的质量和模具回弹自动补偿问题。3 实施基础条件(1 购置最专业、最成熟、最可靠的板料成形模拟解决软件,为模拟解决各种板 料成形问题提供最好的软件系统。(2 购置与软件运行相适应的计算机硬件系统和组建相应的网络平台,为软件运 行做硬件准备。(3 安排相应的工作人员接受软件公司的培训,为熟练操作软件解决实际的问题 做准备。(4确定采用软件模拟分析板料成形过程的流程,以及相关部门的工作人员的具 体工作职责。4 实施方案分析4.1 ESI集团板料成形模拟解决方案介绍ESI 集团的板料成形模拟解决方案是包含模具设计、下料估计、快速分析、 精确分析、 耦合输出等的专业的成熟的板料成形模拟全面解决方

5、案, 是迄今为止 世界上唯一整合了所有板金成形过程的有限元模拟解决方案, 是世界上应用的最 成熟、最广泛、最专业的板料成形分析软件,是融合了早期的前端可行性评估, 几何和过程优化,及详细的过程验证于一个软件系统。4.2 ESI集团板料成形模拟解决方案软件功能ESI 集团板料成形模拟解决方案的软件模块组成主要为:PAM-DIEMAKER (模具设计模块用于快速设计模具几何型面。PAM-INVERSE (反算毛坯模块用于反算实际成形生产过程中毛料估计问题。 PAM-QUIKSTAMP (快速成形评估模块用于模具的快速成形性分析和快速可 行性分析问题。PAM-AUTOSTAMP (精确模拟,成形质量

6、控制模块用于板料成形过程精确模 拟问题。DIE COMPENSATION和 ICAPP (成形回弹自动补偿模块 用于解决自动回弹补 偿问题,输出进行回弹补偿后的模具几何模型。(1 PAM-DIEMAKER-快速模具设计PAM-DIEMAKER 是基于有限元网格的快速数模面生成系统。 长期以来, 模 具表面的设计都采用 CAD 系统进行,由于复杂表面很难用数学公式直接表征, 而且最终的数模表面必须考虑材料成形工艺性, 破裂与皱纹甚至回弹等因素, 在 实际工程中,对这些 CAD 数模进行修改时碰到非常大的困难,随机性很大。 PAM-DIEMAKER 是 ESI GROUP 与美国通用汽车和德国宝马

7、汽车、 大众汽 车联合开发解决这一问题的非常有效工具。 PAM-DIEMAKER 可以通过控制特征 参数迅速地生成模具工艺补偿面和数模表面,之后可以配合 PAM-QUIKSTAMP 或 PAM-AUTOSTAMP 等分析手段,对数模面的合理性进行分析,并可直接在 网格上对数模表面进行修改,在对模面进行优化后可将最终的数模表面以 IGES 或 VDA 格式输出并反馈回 CAD 系统进行最后的模具设计和数控加工。这种革命性的改进使得生产效率从传统的几个星期大大提高到一两天甚至几个小时 从 CAD 模型输入零件几何参数后, 高度参数化驱动的 PAM-DIEMAKER 能 够让您在几分钟内完成模面和工

8、艺补充面的设计与优化。 它能快速地通过参数迭 代的方法获得实际的仿真模型, 并快速地分析判断零件有无过切 (负角 和计算 出最佳的冲压方向, 然后非常简单地让您对模面和工艺补充面的几何形状进行修 改, 能够参数化地完成所有前期模具设计的控制, 例如多步成形模具和多零件组 合型模具设计。显著优势零件设计可行性分析使用更真实参数并更早进入模拟阶段。通过将耗时的 CAD 工作减至最小显著加速方案规划过程。参数化表述是计算机辅助优化的先决条件。通过改进现有工艺补充面的设计将现有经验转变为资本。准确和快速地产生工艺补充面并以 CAD 表面文件输出以备 CAD 软件进一步 处理。完整集成到 PAM-STA

9、MP 2G 环境,能够进行快速成型评估和模具工艺补充 面与压料面形状的优化。(2 PAM-INVERSE-下料估计下料量估计主要采用 PAM-INVERSE 来完成,它采用一步成形逆算法,计 算速度很快, 可以准确预测板料的初始形状, 同时也间接说明零件的可成形性和 可行性,反算下料量程序界面和结果图如下图 4-1所示。 图 4-1 反算下料量程序界面和结果图(3 PAM-QUIKSTAMP-快速可行性评估PAM-QUIKSTAMP 是快速成形模拟工具,一般在数分钟内即可完成一个模 具快速成形分析,可用于设计早期可行性评估。PAM-QUIKSTAMP 是在数分钟内完成模具设计可行性评估最合适的

10、工具, 对于复杂部件也是如此。一旦模具设计生成后,或者通过 PAM-DIEMAKER 或 任何其他 CAD 系统,工程师需要通过评估不同模具几何参数检查成型性,例如 压料面和工艺补充面。而且,诸如板料形状,压延筋尺寸,定位和材料属性等过 程参数需要进行评估。 PAM-QUIKSTAMP 通过消除明显的差的设计选择,使得 在设计过程的早期进行设计决策成为可能。PAM-QUIKSTAMP 利用任何现有模具设计发现折叠或撕裂的危险。因为计 算快速, PAM-QUIKSTAMP 具有优化的良好基础,例如利用 PAM-OPT 作为优 化工具。利用初始几何(或过程参数作为参考, PAM-QUIKSTAMP

11、 能够进行 参数化优化, 诸如压料力, 板料位置和尺寸或压延筋位置及形状。 如图 4-2所示, PAM-QUIKSTAMP 可以在一小时内完成一个完整冲压过程的模拟,包括重力, 压 紧 和 成 型 , 有 助 于 用 户 消 除 差 的 设 计 选 择 。 例 如 , 你 可 以 轻 松 与 PAM-DIEMAKER 联合实现压料面和工艺补充面的优化。 图 4-2 压料面和工艺补充面的优化显著优势 快速和定性可行性分析。 与实际过程相近的轻松过程设置。 与 PAM-DIEMAKER 和 PAM-AUTOSTAMP 完全兼容。 在 PAM-DIEMAKER 和 PAM-QUIKSTAMP 间轻松

12、实现设计的迭代循环。 板料厚度模具轻松在 PAM-AUTOSTAMP 验证和质量控制的切换。对快速模具设计验证或判断过程或材料参数影响相当有用。稳定的求解器技术能够轻松实现优化循环。(4PAM-AUTOSTAMP-成形质量控制PAM-AUTOSTAMP 是一种基于材料物理学,对金属成形过程进行精确预测 的软件。 PAM-AUTOSTAMP 能提供金属成形过程的工业验证和可信的仿真,从 而满足工程上的需求。PAM-AUTOSTAMP 使用独特的技术,使用户可以简便快捷的建立对复杂的 多工序成形过程的单一仿真模拟模型, 配合先进的可扩展求解器技术, 可以最大 程度的利用最新的计算机硬件资源。PAM

13、-AUTOSTAMP 提供详细的仿真结果,以解决裂口、褶皱等有关成形性 能的验证问题。更突出的是,能够对一些精细的问题给出解答,例如滑移线、表 面缺陷等。PAM-AUTOSTAMP 充分考虑了成形过程中的速度、温度、表面摩擦、压料 力、冲床刚度等各种因素的影响,对预测成形过程中的材料流动、起皱、破裂和 回弹等具有非常高的精度。PAM-AUTOSTAMP 采用的自动切边、隐式解法计算回弹、快速预压、抽象 压延筋模型、 成形零件刚度分析等辅助功能大大增强了软件的适用性, 实现了软 件模拟与实际成形的无缝贯通。如图 4-3所示, PAM-AUTOSTAMP 通过优化工 艺参数,可以消除很小的起皱和破

14、裂。 图 4-3 PAM-AUTOSTAMP 优化工艺参数过程显著优势精确成形工艺过程验证在同一个易用环境中模拟所有的工艺过程仿真技术经过工业实践证明和验证综合并最大限度优化软、硬件性能,最大化投资回报快速准确的回弹预测支持最新一代材料属性,包括铝合金、不锈钢、双相钢和高延度钢(TRIP 支持多工序成形(5DIE COMPENSATION和 ICAPP-成形回弹自动补偿模具回弹补偿过程是基于零件设计要求形状的虚拟修模迭代过程。 它是先按 照零件的设计要求形状设计出初始模具形状, 经过有限元离散后输入专业板料成 形数值模拟软件 PAM-STAMP 2G中,经过成形模拟和回弹计算分析,获得了板料

15、成形回弹后形状。将板料成形回弹前后形状和初始模具形状输入 PAM-STAMP 2G中 DIE COMPENSATION 模块,软件将进行模具回弹自动补偿,得到模具修正后模具形状; 然后将回弹补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析, 将得到零件回弹计算后的形状与设计要求形状进行比较, 判断两者的几何形状误差是否满足设计误差要 求。若满足设计误差要求,输出模具回弹补偿结果;若不满足设计误差要求,软 件重新进行回弹自动补偿循环, 直到得到符合设计误差要求的最好的模具回弹补 偿结果。DIE COMPENSATION 和 ICAPP 进行自动回弹补偿功能非常强大,无须人 为干预,回弹补偿过程自动完成,

16、DIE COMPENSATION 和 ICAPP 使用方法简 单,是以目标为导向的软件工具。利用 PAM-STAMP 2G 进行模具回弹补偿原理示意图如下图 4-5所示,利用 PAM-STAMP 2G 进行模具回弹自动补偿程序使用流程图如图 4-6所示。利用 PAM-STAMP 2G进行模具回弹自动补偿实例结果图如图 4-7所示。DIE COMPENSATION和 ICAPP 主要技术特点:丰富的几何模型导入导出格式(catia v5, iges, , vda, , step , acis 等 丰富的网格数据导入导出格式(stl , pol , nas , vrml , af , nc 等 根

17、据网格节点数据创建自由表面功能强大自动回弹补偿功能强大,无须人为干预,回弹补偿过程自动完成几何拓扑算法是智能和自动的补偿算法高效、回弹自动补偿计算时间很短逆向工程功能强大, 能够根据很少的表面数据逆向计算出几何模型的复杂的 外表面图 4-5 用 PAM-STAMP 2G进行模具回弹补偿原理示意图 图 4-6 用 PAM-STAMP 2G进行模具回弹自动补偿程序使用流程图 图 4-7用 PAM-STAMP 2G进行模具回弹自动补偿实例结果图 4.3 ESI集团板料成形模拟解决方案的作用(1全面满足板料成形模具设计的不同阶段的需求。从早期的模具设计,快速模具设计及参数化,以及模具型面优化,都可以利

18、用 PAM-DIEMAKER 完成。对于以往靠人经验和手工计算得到的下料量的问题,我 们的 PAM-INVERSE 来解决,准确的计算得到初始的下料量,减少很多的人的工 作量。对于精确尺度定义及部件成形质量验证,利用先进 PAM-AUTOSTAMP 可 以精确模拟细节,是否有褶皱出现,破损,厚度不均匀等。利用 DIE COMPENSATION 和 ICAPP 进行自动回弹补偿功能非常强大,无须人为干预,回 弹偿过程自动完成, 从而彻底解决模具回弹补偿问题。 因而我们说板料成形模拟 解决方案是当今世界上最完善、最先进、最专业的板料成形模拟解决方案。(2高效的并行扩展性能够极大地提高模具设计、 成

19、形评估、 质量验证及优化的效率。ESI 集团板料成形模拟解决方案的软件能够在集群上进行高效并行,已经过程大 量测试,表现非常优异,很多同类软件到了 64 个 CPU 以上效率就已经下降,变 得不经济了。而板料成形模拟解决方案的软件能够扩展至 512 个甚至上千个 CPU ,而计算效率仍然成线性扩展,这在同类软件中处于遥遥领先的地位。(3精确的回弹计算和回弹自动补偿以及补偿后 CAD 模具输出。回弹是成形模拟的难点之一。 很多软件都不能精确计算回弹, 或者无法考虑回弹 自动补偿, 并且回弹的计算非常耗时。 而板料成形模拟解决方案的软件通过将回 弹由显式算法改变为隐式算法, 并能够进行多步工序的显

20、式-隐式-显式等的自 动转换, 大大的加快的模拟的速度, 并改善了模拟的精度, 同时可以进行自动回 弹补偿过程,并且能够输出经过自动回弹补偿后模具 CAD 模型。就回弹计算精度问题, ESI 与戴姆勒-克莱斯勒,尼桑,雷诺,沃尔沃等 9家公司 联合开展了一个 3DS 项目,对 5个导轨, 5种材料,三种压边力,每种情况又进行 了 5个测试,共有 375个测试,并与 PAM-STAMP 2G的模拟进行了验证,结果 PAM-STAMP 2G的回弹计算相当令人鼓舞,两者符合得相当好。如图所示。 回弹试验与 PAM-STAMP 2G模拟结果符合得很好(4能够给的板料件设计和生产带来很多的收益。通过分析

21、模拟得到的结果,可以明显地减少了板料件模具设计上失误,缩短 板料件产品开发周期, 提高了板料件模具设计开发效率, 缩短板料产品的研发时 间,提高生产的产品的市场竞争力,把板料产品开发提高到新的水平。4.4 ESI集团板料成形模拟解决方案的部分用户航空航天:国内:西飞,北航,南航,航天六院国外:波音(Boeing ,空中客车公司(Airbus , 庞巴迪航空(Bombardier Aerospace , 达 索 航 空 (Dassault Avitation , EADS/EDIST Engineering , Honeywell(MORA AEROSPACE, EMBRAER , Jedco

22、Quality Aerospace,三菱 重工(Mitsubishi Heavy Industries , 斯奈克玛航空发动机(Snecma Moteurs 汽车整车:国内 :上海通用,一汽大众,上海大众,北汽福田,东风汽车工艺研究所等 国 外 :AUDI(奥 迪 , BMW(宝 马 , DAEWOO(大 宇 , DAIHATSU (丰 田 , DAIMLERCHRYSLER(戴姆勒 -克莱斯勒 , FIAT , FORD(福特 , FORD OTOSAN (福特 , GENERAL MOTORS(通用 , HONDA(本田 , HYUNDA(现代 , ISUZU(铃 木 , KIA(起 亚

23、,LANDROVER(路 虎 , MAZDA(马 自 达 , MITSUBISHI(三 菱 , NISSAN(日产 , OPEL(欧宝 , PSA(标志雪铁龙 , RENAULT , SAAB(萨博 , SEAT , SKODA(斯 柯 达 , SSANGYONG MOTORS(三 洋 摩 托 车 , SUZUKI(五 十 菱 , TOYOTA(丰 田 , VOLKSWAGEN(大 众 , VOLVO(沃 尔 沃 TRUCK(沃 尔 沃 , YAMAHA(雅玛哈摩托车 等汽车部件供应商:国内 :上海 sekely 汽车模具,上海 Ogihara 荻原模具 ,一汽大众模具公司,天津 汽车模具公司

24、等国外 :ARVIN MERITOR(阿文美驰 , BATZ(, BENTELER, BUDD, DANA, FAGRO, GEDAS, KARMANN, KIRSCHHOFF , MAGNA STEYR, MICHELIN(米其林集团 , NOTHELFER, OGIHARA(荻 原 , PCI, POLYNORM GRAU, TDM, TENNECO, UNIPRES JAPAN, UNIPRES UK, VALEO, WAGON材料供应商:国内 :宝钢 , 马鞍山钢铁公司,中华钢铁公司等国 外 :ACERALIA(阿 塞 洛 , ALCAN INTL CANADA(加 拿 大 铝 业 有

25、 限 公 司 , ARCELOR(阿塞洛 , CORUS(Corus 公司 , JFE STEEL(JFE 钢铁公司 , KOBE STEEL(神户钢铁公司 , NIPPON STEEL(日本钢铁公司 , PECHINEY , POSCO LP(韩国浦项 , SALZGITTER MANNESMANN FORSCHUNG, SIWE, SUMITOMO METAL(住友钢铁有限公司 , THYSSEN KRUPP GMBH(德国蒂森克虏伯钢铁公司 , VOEST ALPINE (沃斯特 -阿耳品钢铁公司 白色家电:BOSCH (博士 , SIEMENS (西门子 , HAUSGERTE, KA

26、LDEWEI GMBH , MIELE , LG电子:PHILIPS 手机、 Delco 电子、安特电子、华硕、奇成电子4.5 ESI集团板料成形模拟解决方案的优点(1 ESI集团板料成形模拟解决方案是至今世界上在板料成形模拟领域应用最成 熟、最广泛、最专业的模拟解决方案,是板料成形模拟的最新技术的领导者,是 板料成形模拟解决全过程的求解方案, 从模具几何设计、 快速下料估计、 模具的 可行性评估与优化、 快速模具生成与修改、 成形精确模拟分析到回弹自动补偿过 程以及输出回弹补偿后的模具的 CAD 模型等全部整合到了我们板料成形模拟方 案中。(2 ESI集团板料成形模拟解决方案的软件使用方便简

27、单、上手快,经过我们简 单的软件培训, 的工作人员就可以将软件用起来, 能快速应用到实际板料件模具 设计和生产过程中去,尽快为板料生产发挥作用。(3 ESI集团板料成形模拟解决方案能全面的结合的实际的设备工艺参数、软件 模拟时输入的参数就是实际设备生产的主要的工艺参数和材料的机械性能参数, 基于此软件模拟的结果与实际物理试模的结果可以得到最大程度结合, 能够快速 与实际生产过程相结合, 为把模拟结果应用到实际设计和生产过程打下了坚实的 基础。(5 ESI集团板料成形模拟解决方案能够把的板料设计经验和工艺设计经验固化 到对应的板料成形的流程中去, 相当于建立自己的板料设计经验的专家库, 建立 一

28、个板料设计生产的模拟平台。(6 ESI集团板料成形模拟解决方案能够明显缩短板料件模具的开发周期,提高 模具设计水平, 提高模具设计效率, 缩短板料产品的研发时间, 提高生产的产品 的市场竞争力。4.6 ESI集团板料成形模拟解决方案的软硬件配置(1硬件需求总体概况硬件需求说明:License 服务器主要作用是管理板料成形解决方案中所有软件的 license 文件, 为所有的工作站和计算服务器提供 license 授权服务。工作站主要作用是使用软件者进行求解前处理、 求解设置、 进行计算量小的模型 求解计算、分析结果、撰写计算报告等。 (2软件需求配置推荐ESI 板料成形模拟解决方案的软件组成主

29、要为:PAM-DIEMAKER (模具设计模块用于快速设计模具几何型面。PAM-INVERSE (反算模块用于反算实际生产过程中下料量估计问题。 PAM-QUIKSTAMP (快速成形评估模块用于模具的成形性分析和可行性分析。 PAM-AUTOSTAMP (精确模拟,成形质量控制模块用于成形精确模拟过程以及回 弹预测分析。DIE COMPENSATION 和 ICAPP (成形回弹自动补偿模块用于解决自动回弹补偿问 题,输出进行回弹补偿后的模具几何模型。 板料成形数值模拟项目建议书 PAM-QUIKSTAMP 标 准求解器和 SMP 求解 QUI-S-01-2005 AUT-E-01-2005 器 PAM-AUTOSTAMP 环 境 PAM-AUTOSTAMP 标 种成形过程的精确模 准求解器和 SMP 求解 AUT-S-01