航天三院31所pam-stamp2g钣金成形技术论证报告

1、1234前简5特6技术验6.1模拟方法的选6.2 材料选6.3 网格划1234前简5特6技术验6.1模拟方法的选6.2 材料选6.3 网格划 78应用情91航天制造的工艺方法随着科学与技术的发展而不断进步社会的需求和市场的竞争也不断推动航天发制造技术的更新制造模式的改进。近年来，计算机技术尤其是数值模拟技术已渗透到制造技术的各个环节中，使传统的航天制造技术发生了根本性改变现代航天研制对航天钣金零件制造的准确、周期都提出了更高的要求，而要满足这些要求，现代航天研制对航天钣金零件制造的准确、周期都提出了更高的要求，而要满足这些要求，必须将数值模拟技术应用到航天三所的钣金件模具设计和生产中来，提高模

2、制造的准确度和各个部门的协调准确度，建立一个高效、易用、网的钣金件模具设计和生，显著缩短生产准备周期，实现钣金件模具设计制造过程全数字量传递，实现“钣金件无图纸设计制造”随着有限元数值模拟方法的成熟、计算机软硬件技术的发展，今对航天钣金零件成形都可以采用计算机有限元数值模拟术在计算机上进行研究，在实际成形之前修正成形方法和成形模具钣金制造领域围绕数字化制造工程的实施方面，已开始应用这项技术，它已成为解决航天钣金精准制造的有效途径，受到普遍关注和重视。随着成形模拟技术不断成熟与推广应用所带来的巨大经济效益，现在已到了离不开它的地步。在美、欧成形模拟已成为工业设计钣金件必不可少的一环钣金成形过程的

3、数值模拟技术实质上就是在计算机上元仿进行虚拟的钣金成形试验,通过输入各种给定的条件些实际的实验参数,进行计算机数值计算模拟，通过分析模拟得到的结果钣金在成形过程中,各种缺陷产生的位置和分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航天三所的航天制造水平和市场竞争力为了改变以往钣金件模具设计和生产过程中严重依赖设为了提高航天三所的航天制造水平和市场竞争力为了改变以往钣金件模具设计和生产过程中严重依赖设的验和多次的实际物理试的

4、状况，须采用专业钣金成形模拟解决方案解决航天三所钣金件模具设计问题料尺寸估算问题、模具可成形性和可行性分析问题、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通过实施在世界上成形模拟应用的专业、成熟、广泛的钣金模拟解决方案来解决航天三院 所钣金件模具设计和生产过各种问题钣金成形模拟解决方案要全面、专业、快速、使用方便的解决钣金件模具设计生产过程中的模具设计问题、下料尺寸估算问模具可成形性和可行性分析问题、成形精确模拟问题（保证后产品的质量）和模具回弹自动补偿问题。钣金成形模拟解决方案要能够提高云钣金件的模具设率，缩短模具从设计到投入生产的周期，提高工艺部门和设门的协同效率，缩

5、短产品开发周期，降低产品开发成本，提高箭产品的市场竞争力。钣金成形模拟解决方案要易学易用、支持网络协同工作运、集群上高效并行运算、能进行客户化的开发。从计算速度的来讲，要能够有总体上的快速工艺可行性评估，也要能够成确模拟，判断局部成形质量的模拟功钣金成形模拟解决方案解决模具设计完全靠个人经验，设不稳。3经过上述分析，钣金成形仿的确模拟，判断局部成形质量的模拟功钣金成形模拟解决方案解决模具设计完全靠个人经验，设不稳。3经过上述分析，钣金成形仿的引入是十分必要的，它对厂的虚拟制造技术和钣金成形技术的发展将起到极大的推动作用。此对市面上的钣金成形仿进行了调研和考核在 年专门到沈飞所进行了钣金模调研，

6、调研位前期都是通过详细调研最终选用 pam-，对的售后支持功能都比较认可。由于我厂隶属航天系统，钣金成形零件复杂件比较多，钣金成形复杂，使得钣金成形工艺选择很多，为了能够让工在虚拟环境下模拟不同工艺条件下的成形结果更好的选择合适的钣金成形工艺方法、工艺参数，经对兄弟单位的调研情况如航天 7103、航天 159 厂、航天 283 厂、航天 211 沈飞、成飞、西飞、哈飞、陕飞、沈阳黎明、东安等，最终选定专钣金成形仿pam-2G 作为我所钣金成形仿真的工具4是在法国巴黎上市的世界最的公司之一。作为虚拟测试方案的先锋是全球首屈一指的材料物理学数值模拟原型和制商。成功的关键在于使用真实材料物理特性，能

7、够进行更是全球首屈一指的材料物理学数值模拟原型和制商。成功的关键在于使用真实材料物理特性，能够进行更实的模拟，来代替耗时的物理样机尝试和纠错过开发了一系列完整的面向工业应用的产品，真实模拟品在测试中的性能，精细协调制造过程与预期的产品性能间的关系并评估环境对产品使用的影响。主要产品分为虚拟样机、拟制造和虚拟环境三大类。的产品组合，已经被工业界广验证并与多向价值链相结合，代表着独特的协同、虚拟工程方案，为虚拟试验空间（VTOS，能够持续对虚拟样机进行改进在航空航天界有大量客户，并承担了法国及欧洲众多空航天及防务方面项目。2012 财政年度的收入约为 1 亿欧元在全球拥有逾近 1000 次。公司及

8、其全网络30个国家的客户提供销售和技术支的钣金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全面的钣金成形模拟解决方案，是迄今为止世界上唯一整合了所有钣金成形过程的元模拟解决方案，是世界上应用的成熟、广泛、专业的钣金成形分析，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系统。钣金成形模拟解决模块组成主要为PAM-DIEMAKER（模具设计模块）用于快速设计模具几钣金成形模拟解决模块组成主要为PAM-DIEMAKER（模具设计模块）用于快速设计模具几何型PAM-INVERSE（反算毛坯模块）用于反算实际成形生产过程中毛计问题PAM-（快速成形

9、评估模块）用于模具的快速成形性分快速可行性分析问PAM-（精确模拟，成形质量控制模块）用于钣金成形精确模拟问PAM-TUBE(管材成形模拟)用于解决导管弯曲以及导管内高压胀形形过程模拟问题DIE COMPENSATION 和 ICAPP（成形回弹自动补偿模块）用于解决自回弹补偿问题，输出进行回弹补偿后的模具几何模HOT-FORMING(热成型模拟)用于解决钣金热成型成形过程模拟问PAM-OPT(毛料和修边线优化)用于解决钣金成形过程的毛料尺寸和边线进行优化1)PAM-快速模具设计PAM-是基于有限元网格的快速数模面生成系统。以来，模具表面的设计都采用 CAD 系统进行，由于复杂表面很学公式直接

10、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，在实际工程中，对这些 CAD 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，在实际工程中，对这些 CAD 数模进行时碰到非常大，随机性很PAM-DIEMAKERESIGROUP通用汽车和德国宝马汽车大众汽车联合开发解决这一问题的非常有效工具。PAM-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，之后以配合 PAM-PAM-等分，对数模合理性进行分析，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 格式输出并反馈回系统进行最后的模具设计和数

11、控加工。性的改进使得生产效率从传统的几大大提高到一两天甚至几个CAD 模型输入零件几何参数后， 高度参数化驱动的PAM-能在几分钟内完成模面和工艺补充面的优化。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，然后常简单对模面和工艺补充面的几何形状进行修改，能够参数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零件设计可行性分析使用更真实参数并更早进入模拟阶通过将耗时的 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通

12、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件进一步处完整集成到 PAM-2G 环境，能够进行快速成型评估和模具艺补充面与压料面形状的优化2) PAM-下料估下料量估计主要采PAM-来完成，它采用一步法，计算速度很快，可以准板料的初始形状，同时也间接说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5-所示5-反算下料量程序界面和结果3)PAM-快速可行性评估PAM-是快速成形模拟工具，一般在数分钟内即可完一个模具快速成形分析，可用于设计早期可行性评PAM-是在数分钟内完成模具设计可行性评估最合适工具，一个模具快速成形分析，

13、可用于设计早期可行性评PAM-是在数分钟内完成模具设计可行性评估最合适工具，对于复杂也是如此。一旦模具设计生成后，或者通PAM-DIEMAKER 或任何其他 CAD 系统，工程师需要通过评估不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-通过消除明显的差的设计选择，使得在设计过期进行设计决策成为可能。PAM-利用任何现有模具设计发现折叠的。因为计算快速，PAM-具有优化的良好基础，例如利用PAM-作为优化工具。利用初始几何（或过程参数）作为PAM-能够进行参数化优化，诸如压料力，板料位置和尺或压延筋位置及形状。如图

14、 5-2 所示，PAM-可以在一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PAM-联合实压料面和工艺补充面的5-压料面和工艺补充面的显著优快速和定性可行性分析与实际过程相近的轻松过程设与 PAM-DIEMAKER 和 PAM-完全兼容在 PAM-DIEMAKER 和PAM-间轻松实现设计的迭代轻松在 快速和定性可行性分析与实际过程相近的轻松过程设与 PAM-DIEMAKER 和 PAM-完全兼容在 PAM-DIEMAKER 和PAM-间轻松实现设计的迭代轻松在 PAM-验证和质量控制的切对快速模具设计验证或判断过程或材料参数影响相当有稳定的求

15、解器技术能够轻松实现优化循环。4)PAM-成形质量控PAM-是一种基于材料物理学，对金属成形过程进行确的。PAM-能提供金属成形过程的工业验信的仿真，从而满足工程上的需PAM-使用独特的技术，使用户可以简便快捷的建立复杂的多工序成形过程的单一仿真模拟配合先进的可扩展求器技术，可以最大程度的计算机硬件资PAM-提供详细的仿真结果，以解决裂口、褶皱等成形性能的验证问题突出的是，能够对一些精给出解答，例如滑移线、表面缺陷PAM-充分考虑了成形过程中的速温度、表面摩擦压料力床刚度等各成形过程中的材、起皱、破裂和回弹等具有非常高的精PAM-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

16、零件刚度分析等辅助功能大大增强的用性，实现模拟与实际抽象压延筋模型、成形零件刚度分析等辅助功能大大增强的用性，实现模拟与实际成形的无缝贯5-3PAM-通过优化工艺参数，可以消除很小的起皱和破裂。5-PAM-优化工艺参数显著优精确成形工艺过程在同一个易用环境中模拟所有的工艺仿真技术经过工业实践证明和综合并最大限度优化软、硬件性能，最大化投资快速准确的回支一代材料属性，包括铝合金、不锈钢、双相钢和高延钢支持多工序5)PAM-管材成形PAM-是模拟管材成形模块，可以精确模拟实际管弯曲成支持多工序5)PAM-管材成形PAM-是模拟管材成形模块，可以精确模拟实际管弯曲成形成形等的成形过程，通过分析模拟结

17、果可以减少成形成形设计水平。PAM-既能够独立使用也能耦合使用液体膨胀成形模块和压模块，从而能精确模拟导管成形全过程。PAM-提供了逆向算管材弯曲模块、显式增量求解模块成形模块，可以非常方便建立成形过程的设置，使用户花最少的时间做好管材成形模拟成形模拟通PAM-友好、易用、简洁的用户设置环境和可靠稳定求解器，您可以快速完成管材成形模拟通过快速建立仿真模型、设定好求解设置和直观有效的后处理能等，您可以直接有效地得到成形模拟的结果，通过分析模拟结果可以在成形过程中是否有破裂、起皱和进行回弹补偿，全面提高管材成形成形设计水平。如图 5-4 所示，显示了模拟导管内高压胀形成形的全过程。5-模拟导管弯曲

18、和内高压胀形成显著优丰富的 CAD 几何文件导快速成形应成5-模拟导管弯曲和内高压胀形成显著优丰富的 CAD 几何文件导快速成形应成椭圆自动工艺补充面自动建立弯曲曲自动建立成形方自动建立切自动建立管材弯曲自动建成形逆向反算管材初始形状显式增量求解模拟成形过程模拟多步弯曲成形模拟多成形丰富的模具 CAD 导出功6)DIE COMPENSATION和成形回弹自动补模具回弹补偿过程是基于零件设计要求形状的虚拟修程。它是先6)DIE COMPENSATION和成形回弹自动补模具回弹补偿过程是基于零件设计要求形状的虚拟修程。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

19、数值模PAM-2G 中，经过形模拟和回弹计算分析，获得了板料成形回弹后形将板料成形回弹前后形状和初始模具形状输入 PAM-2G 中模块将进行模具回弹自动补偿，得修正后模具形状；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，DIE COMPENSATION

20、 和 使用方法简单，是以目的PAM-2G 进行模具回弹补偿原理示意图如下图 5-5 示，利用 PAM-2G 进行模具回弹自动补偿程序使用流程图如5-6 所示。利用 PAM-2G 进行模具回弹自动补偿实例结5-7DIE COMPENSATION 和 ICAPP 主要技术特点丰富的几何模型导入导出格式等丰富的丰富的几何模型导入导出格式等丰富的网格数据导入导（stl， pol，nas， vrml， af， 等根据网格节点数据创表面功能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几何拓扑算法是智能和补偿算法高效、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型的

21、复杂的外表5-5PAM-2G 5-5PAM-2G 进行模具回弹补偿原设计要求形状误差5-6 PAM-进行模具回弹自动补偿程序使用流程5-7PAM-设计要求形状误差5-6 PAM-进行模具回弹自动补偿程序使用流程5-7PAM-2G 进行模具回弹自动补偿实例结果模三维几何DIE7) HOTFORMING热成型模块是一种基于材料物理学、传热学及热力学，对热成型过程进行精的模块7) HOTFORMING热成型模块是一种基于材料物理学、传热学及热力学，对热成型过程进行精的模块。能提供钣金型过程的工业验证的仿真，从而满足工程上的需充分考虑了成形过程中的温度对材料性能的影模具温度的变化、模具与空气之间的热交

22、换、毛料与模具之间的热交换、模具和毛料不同间隙和不同压力时热交换系数的变化、材料应变能转化成内容的比例、热辐射能的损失，成形过程中的板料的温度分布（如5-所示、材、起皱、破裂和具有非常高的精度。除此之外还可以对钣金进行理，对热处理过程中毅力变化过程进行模拟，并且可以观察变形过程中晶相的变化变化情况5-95-8度分布5-9相分布显著优对成形过程的热处理过程5-9相分布显著优对成形过程的热处理过程进行可以观察到变形过程和热处理中的毛料与模具的温度变可以观察变形过程和热处理过程的毛料的晶相的变化情对热成型过程中热力考虑的更加全面8) PAM-OPT毛料和修边线优化PAM-可以对成形过程中对零件的修边

23、线进行优化及毛料的小进行优化，进而达到合理的修边线和毛料。修边线优化前和优化后比较如图 5-10 所示，优化前毛料和优化后毛料成形的结果图如5-11 5-优化修边线前后成形结果图 5-11 优化毛料前后成形结果5-优化修边线前后成形结果图 5-11 优化毛料前后成形结果9) 材料数据库PAM-自身提供了 200 种材料数据文件6Pam-为了验证 Pam-钣金成形模拟的功能在零件上进行了测试和应用，具体零件如下图所示6-1 验证钣金成形模拟零如上图6-1 验证钣金成形模拟零如上图所示：该零件为盒型件，盒形件的拉伸时通过多次拉伸成，第一次拉伸和第二次拉伸之间有相互关系根据零件的特点对这个零件的仿真

24、过程选择的壳单元个流程如下图 6-2 仿真计算图 6-2 仿真计算6.2选择的材料为 Steel304，材料参数如下ORIGIN = steel304CREATED_BY = zcwMODIFIER_NAME = zcwUNIT_SYSTEM = MM.KG.MS.C COMMENTS = NAME=TYPE = STANDARD_STEEL LAW = HILL_48ANISOTROPIC_TYPE = ISOTROPIC E = 196.607NU= RO = 7.8e-006 ACTIVE_THERMAL = NO TYPE = STANDARD_STEEL LAW = HILL_48A

25、NISOTROPIC_TYPE = ISOTROPIC E = 196.607NU= RO = 7.8e-006 ACTIVE_THERMAL = NO ACTIVE_METALLURGY = NOHARDENING_CURVE = Steel304 TYPE=EPSILON_SIGMA = 0 EPSILON_SIGMA = 0.005 EPSILON_SIGMA = 0.01 EPSILON_SIGMA = 0.015 EPSILON_SIGMA = 0.02 EPSILON_SIGMA = 0.025 EPSILON_SIGMA = 0.03 EPSILON_SIGMA = 0.035

26、EPSILON_SIGMA = 0.04 EPSILON_SIGMA = 0.045 EPSILON_SIGMA = 0.05 EPSILON_SIGMA = 0.055 EPSILON_SIGMA = 0.06 EPSILON_SIGMA = 0.065 EPSILON_SIGMA = 0.07 EPSILON_SIGMA = 0.075 EPSILON_SIGMA = 0.08 EPSILON_SIGMA = 0.085 EPSILON_SIGMA = 0.09 EPSILON_SIGMA = 0.095EPSILON_SIGMA = 0.095 EPSILON_SIGMA = 0.1 E

27、PSILON_SIGMA = 0.105 EPSILON_SIGMA = 0.11 EPSILON_SIGMA = 0.12 EPSILON_SIGMA = 0.125 EPSILON_SIGMA = 0.13 EPSILON_SIGMA = 0.135 EPSILON_SIGMA = 0.14 EPSILON_SIGMA = 0.145 EPSILON_SIGMA = 0.15 EPSILON_SIGMA = 0.155 EPSILON_SIGMA = 0.16 EPSILON_SIGMA = 0.165 EPSILON_SIGMA = 0.17 EPSILON_SIGMA = 0.175

28、EPSILON_SIGMA = 0.18 EPSILON_SIGMA = 0.185 EPSILON_SIGMA = 0.19 EPSILON_SIGMA = 0.195 EPSILON_SIGMA = 0.2 EPSILON_SIGMA = 0.205 EPSILON_SIGMA = 0.21 EPSILON_SIGMA = 0.215 EPSILON_SIGMA = 0.22 EPSILON_SIGMA = 0.225 EPSILON_SIGMA = 0.23 EPSILON_SIGMA = 0.235 EPSILON_SIGMA = 0.24 EPSILON_SIGMA = 0.245

29、EPSILON_SIGMA = 0.24 EPSILON_SIGMA = 0.245 EPSILON_SIGMA = 0.25 EPSILON_SIGMA = 0.255 EPSILON_SIGMA = 0.26 EPSILON_SIGMA = 0.265 EPSILON_SIGMA = 0.27 EPSILON_SIGMA = 0.275 EPSILON_SIGMA = 0.28 EPSILON_SIGMA = 0.285 EPSILON_SIGMA = 0.29 EPSILON_SIGMA = 0.295 EPSILON_SIGMA = 0.3 6.3此零件的成形过程，需要两步成形，第一步

30、模型网，第二步的模型网。图 6-3 第一步网格划分图 6-4 第二步网图 6-4 第二步网格划分不同模具的计算结果第一种设计模具的计算结果图6-厚度分布第二图6-厚度分布第二种设计模具的计算结果图6-厚度分布第三种设计模具的计算结果图6-9 厚度分布图6-9 厚度分布通过该零件模拟仿真仿真，充分说明不同的模具设计对最终的形结通过该零件模拟仿真仿真，充分说明不同的模具设计对最终的形结果影响非常的大。通过该零件模拟仿真优化模拟，充分说明了利用 Pam-进行钣金成形模拟仿真优化的价值7Pam-航空航天： 国外波音（Boeing）空中客车公司（ Airbus庞巴迪航空（Aerospace），达索航空（

31、Dassault ion），EADS/EDIST Engineering Indutrie（Snecma汽车整车：国内通用，奇瑞汽大众大众，北汽福田，二汽材料所，东等:AUDI奥迪) , BMW(), DAEWOO), DAIHATSU 丰田 DAIMLERCHRYSLER(戴姆勒-克莱), FIAT, FORD(福特) , FORD (福特), GENERAL MOTORS(通用), HONDA(本田), HYUNDA( 现代), ISUZU(铃木KIA(起亚),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), SKODA( 斯柯达等:A