钣金仿真软件功能技术方案

1、钣金仿真软件功能前言1、现状21世纪的中国正在从制造大国向制造强国转变，作为制造业支柱之一的钢铁工业当然必需符合这一潮流。更为迫切的是，当前中国正在实施制造改造的战略。作为钢铁工业的领军企业之一，邯郸钢铁对钣金原材料的研究、原材料用于零件制造的准确、协调和生产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汽车和其他行业钣金件的模具设计和生产中来。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，现今对汽车和其他行业钢材钣金零件成形都可以采用计算机有限元数值模拟技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。近年来，在汽车、电子、航天、飞机、铁路机车钣金制造

2、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，它已成为解决汽车和其他行业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、日，成形模拟已成为工业设计钣金件必不可少的一环。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，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

3、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。根据国内外数据的统计，使用钣金成形过程仿真软件对模具设计和制造过程进行预测可以缩短产品生产60%以上，大幅度节约生产资本。2、存在问题模具的设计、制造、使用是汽车和其他行业钢材制造业生产中必不可少的重要组成部分；模具设计的质量是决定零件质量的关键和首要因素。而长期以来由于企业缺乏对模具设计、制造和管理的全面分析，而造成以下几方面的技术难点：不了解三维CAD软件存在实体造型速度慢、三维实体模型虚拟装配繁琐，国外三维CAD平台输出符合国标的二维工程图速度更慢等现实问题；没有深刻认

4、识到CAE或FEM有限元分析软件对于模具设计与工艺优化可以起到准确地分析预测、能够进行科学的指导和评估；忽略了各类模具设计可进行标准化、系列化、规范化和智能化的鲜明特点，从而导致了模具设计效率低、周期长、成本高、质量低等；模具设计的经验无法有效得到积累，存在人员的流失会导致设计经验流失的风险；年轻的设计人员成长缓慢，培养周期长，增加了设计成本；模具设计完全靠个人经验，设计质量不稳定。解决这些突出问题，使企业研发水平迈上新台阶的方法就是实现数字化产品开发。其实质上就是一个基于产品描述的数字化虚拟制造系统，能够在上面建立基于计算机的数字化产品模型，并实现产品开发全过程的数字化。通过产品模型数字化，

5、可以建立数字化产品造型，并利用数字仿真、干涉检验、CAE分析等技术对其进行数字分析，从而改进和完善开发方案，提高产品开发的效率和产品的可靠性。这样的一个系统将成为研发人员的基本工作环境，成为实现创新设计的技术保障，也将是产品研发今后发展的一个重要方向。成型仿真过程描述首先，我们列举出仿真软件的使用流程，根据流程确定邯钢对软件各方面需求：图1有限元分析流程式图有限元分析总的流程大致分为三步：前处理过程、分析计算过程和后处理过程。前处理及分析计算过程：首先我们要用CAD软件进行建模，第二步将实体模型导入有限元分析软件模块中(Pam-stamp 2G、Dynaform、Autoform、Msc.ma

6、rc等)进行几何处理、网格划分，添加约束条件（载荷、材料等、约束等），使其变为能够进行数学计算所需要的有限元模型，才能够继续进一步的分析、求解。后处理：就是采集处理分析所得结果，提取所得信息，了解计算所得结果，在对仿真实验不满时，可进行重新设计、分析的过程。图2有限元分析的成型流程本次购买仿真软件必须是基于邯钢对成型分析有限元模块的需求。通过上述过程，我们可以得出邯钢钣金对仿真软件的基本需求：首先确保系统软件供应商实力雄厚，提供业界领先的产品及服务。在建模环节，结合邯钢集团现有的设计软件CAD及现有的操作平台等要素，确保所提供仿真软件与CAD平台(UGNX)具有数据接口，确保CAD模型转换的准

7、确性；并且能够运行在Windows 2003，Windows XP等操作系统平台，能够在服务器、工作站和PC3.机环境下高效运行，并可开展并行计算；在网格划分前要进行单元类型的设定，根据发动机设计过程的需求，供应商必须提供全面的单元库，并且不允许有单元数和节点数的限制；主流造型软件接口功能：该软件具有与主流造型软件的接口功能，能够快速、精确、无损的接收造型软件建立的模型，并能迅速、方便、灵活地根据输入的CAD数据自动生成高质量的模具网格和冲压板材网格；要有快速模具设计功能，从CAD导入零件几何参数后，软件要在很短的时间内获得实际的仿真模型，并快速地分析判断零件有无负角和计算出最佳的成型方向，自

8、动生成可编辑的模面和工艺补充面。软件要包含模具集成环境下的快速成型分析、快速模具设计、模具的精密成形分析等模拟分析功能，以及模具的输出功能。能够进行一步成形模拟分析，具有毛料展开功能，在零件设计初始阶段，对产品设计进行快速可行性评估，同时可以获得初始下料量估计值，为使用者修改设计提供必要的信息。能够解决模具成型回弹补偿功能，能够在零件成型过程中预测零件的回弹量，修正初始模具，生成新的模具形状，通过反复成型-回弹模拟得到精确的零件形状，同时能够输出回弹补偿后的模具型面。软件应包含完整的前后处理模块和求解器处理模块，即成型质量控制功能：软件能够预测成型过程中板料裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板

9、料的成型性能，为板料成型工艺和模具设计提供帮助。软件能够解决模具成型回弹补偿功能，能够在零件成型过程中预测零件的回弹量，修正初始模具，生成新的模具形状，通过反复成型-回弹模拟得到精确的零件形状，同时能够输出回弹补偿后的模具型面。软件可以对成形过程中对零件的修边线进行优化及毛料的大小进行优化，进而达到合理的修边线和毛料。软件回弹计算可以考虑毛料与模具的接触对回弹的影响，考虑了重力对回弹的影响。软件能够采用厚壳单元，可以考虑厚度应力。所有平台和模块必须能够同时在多台计算机上应用。公司及软件简介ESI集团的Pam-stamp 2GESI集团的Pam-stamp 2G钣金成形模拟解决方案是包含模具设计

10、、下料估计、快速分析、精确分析、耦合输出等的专业的全面的成熟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有限元模拟解决方案，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。作为虚拟测试方案的先锋，ESI集团是全球首屈一指的材料物理学数值模拟原型和制造流程供应商，是全球三大上市CAE公司之一。ESI集团开发了大量连贯的，面向工业应用的，能够在测试中真实模拟产品特性的工具，并能够按照预期产品性能精细调整制造过程，并评估环境对产品性能的影响。ESI集团的产品，在制造业有良好的验证和声望，与多边价值

11、链整合，代表独特的协同和开放的虚拟工程解决方案虚拟试验空间(Visual Environment)，能够让虚拟样机以持续和协同的方式得到改进。这种集成的方案能够让所有本公司的解决方案及独立软件供应商的应用协同工作。虚拟试验空间解决方案通过显著降低成本和研制周期，使得产品/过程协同，其主要竞争优势是逐步在产品开发中消除对物理样机的需要。ESI集团2010年总销售额为1.3亿美元，拥有760多名高水平专家，公司及其全球代理网络为35个国家的客户提供销售和技术支援。ESI集团在巴黎Euronext（欧洲交易所）Eurolist交易市场上市。更多信息请访问 HYPERLINK 。Pam-stamp 2

12、G软件介绍ESI集团的PAM-STAMP软件是当前世界上最顶尖的模具设计与钣金成形的有限元仿真软件。通过采购PAM-STAMP，可以解决下料估算，成形过程中缺陷问题的预估和工艺分析，对于模面形状进行优化分析和设计。ESI集团钣金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。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。AUTOSTAMP(精确模拟，成形质量控制模块)用于钣金成形过程精确模拟问题。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成形过程模拟问题。DIE COMPENSATION (

13、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。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修边线进行优化。图3航空制造技术杂志对PAM-STAMP软件的评价具体来说，软件的主要功能如下：模面快速设计的功能：Diemaker模块根据零件形状自动优化，计算出模具最佳的冲压方向；自动生成模具的工艺补充面、压料圈；快速设计出拉延筋的形状和位置；快速设计出合理的模具型面。图4Diemaker模面快速设计模块功能图INVERSE：下料估计模块下料量估计主要采用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

14、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5所示。图5反算下料量程序界面和结果图AUTOSTAMP：精确模拟，成形质量控制模块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。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。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，可以最大程度利用最新的计算机硬件资源。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

15、移线、表面缺陷等。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。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6所示，AUTOSTAMP通过优化工艺参数，可以消除很小的起皱和破裂。图6 AUTOSTAMP调整、校核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

16、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）支持多工序成形支持厚壳单元可以计算负间隙成型在基本不影响计算精度的基础上可以提高计算速度24倍DIE COMPENSATION -成形回弹自动补偿模块模具自动回弹补偿模块是ESI Group与Renault汽车集团、以及世界最大的钢铁公司Arcelor集团进行战略合作，自2000年开始，历时5年推出的模块。并经过在其他各大汽车、模具制造厂商5年的实践使用和检验；软件的功能和稳定性不断得到升级完善和优化。模具自动回弹补偿模块也是PAM-STAMP 2G技术含量最高，包含实践经验、各类试验数据最为丰富的模块。

17、图7给出了应用该模块为三菱重工客户完成模具自动回弹补偿的实例及原理图。图7用PAM-STAMP 2G进行模具回弹自动补偿实例结果图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

18、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8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9所示。图8用PAM-STAMP 2G进行模具回弹补偿原理示意图DIE COMPENSAT

19、ION主要技术特点：丰富的几何模型导入导出格式(catia v5，iges，vda，step等)丰富的网格数据导入导出格式（stl，nas，vrml，af，nc等）根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零件零件设计要求形状初始设计模具型面对模具进行成形和回弹数值仿真YES模具回弹自动补偿型面DIEMAKERKEAUTOSTAMPKEDIE COMPENSATIONNO输出模具回弹自动补偿结果型面三维几何软件模具进行回弹后零件和零件设计要求形状误

20、差图9用PAM-STAMP 2G进行模具回弹自动补偿程序使用流程图PAM-TUBE管材成形模拟PAM-TUBE是模拟管材成形的专用模块，可以精确模拟实际管材弯曲成形或液压成形等的成形过程，通过分析模拟结果可以减少成形过程的破裂、起皱和回弹等缺陷，提高管材成形和液压成形设计水平。PAM-TUBE既能够独立使用也能耦合使用液体膨胀成形模块和高压模块，从而能精确模拟导管成形全过程。PAM-TUBE提供了逆向反算管材弯曲模块、显式增量求解模块和液压成形模块，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和液压成形模拟。通过PAM-TUBE友好、易用、简洁的用户设置环境和可靠稳定的求

21、解器，您可以快速完成管材成形模拟过程。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功能等，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预测在成形过程中是否有破裂、起皱和进行回弹补偿，全面提高管材成形和液压成形设计水平。如图10所示，显示了模拟导管弯曲和内高压胀形成形的全过程。图10模拟导管弯曲和内高压胀形成形全过程PAM-OPT毛料和修边线优化PAM-OPT可以对成形过程中对零件的修边线进行优化及毛料的大小进行优化，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11所示，优化前毛料和优化后毛料成形的结果图如图12所示。图11优化修边线前后成形结果图图12优化毛料

22、前后成形结果图材料数据库：PAM-STAMP软件自身提供了200种材料数据文件；PAM-STAMP软件能够与7102厂钣金材料数据库建立无缝链接，方便地进行材料数据文件的导入与导出。部分用户名单：汽车用户：阿尔斯通, 奥迪, 宝马, Bombardier, Daihatsu, 大宇, 戴姆勒-克莱斯勒, 福特, 通用,奇瑞 ,本田, 现代, 铃木, Kia Motors, 马自达, 三菱, 日产, 欧宝, 标志雪铁龙, 雷诺集团, 起亚, 沃尔沃, Skoda,Subaru, 丰田, 大众集团, Araco, Autoliv, Breed, Bridgestone, Delphi, Faure

23、cia, Jari, Montupet, Plastic Omnium, Sommer Allibert, Toyoda Gosei, Valo, Visteon, Wagon制造业及能源：Air Liquide, Arcelor, Corus, Grau, Kobe Steel, 新日铁, LG, Pechiney, 日本钢管, 浦项, 中国宝钢，马钢，武钢，Thyssen-Krupp, Whirlpool ,John Deere, Kobelco, Posco 航空航天用户：西安航天发动机厂、首都航天机械公司、北京星航机电设备厂(159厂)、北京新风机械厂、成都飞机工业（集团）有限责任公司

24、、西安飞机工业（集团）有限责任公司、沈阳飞机工业（集团）有限责任公司、上海飞机制造有限公司、陕西飞机工业（集团）有限责任公司、哈尔滨飞机工业集团有限责任公司、沈阳黎明发动机、 东安发动机等等。 实际应用案例：一、加速模块的应用：1前言 Pam-stamp 2G作为钣金成形行业著名的成形分析软件，已逐渐获得国内用户的认可，它可以准确预测零件在成型方面的各种缺陷，比如破裂，起皱，回弹，面品质问题等，为验证工艺的合理性以及现场问题整改提供了理论依据和指导。为适应现代钣金模具短周期，高品质的发展趋势，Pam-stamp 2G不断地提升自己的计算速度和精度，尤其是在2012.1版本所推出的SSU模块和2

25、009版本之后不断提升的Advanced Implicit 功能。2 SSU模块测试SSU模块式一种新的求解器设置，一般可以减少3倍计算时间，且不以降低精度为代价。本文选取三个典型的大型汽车覆盖件侧围前段，整体侧围和车门内板的拉延工序为例（如图1-图2所示），对SSU模块进行精度和速度测试。图1 侧围前段图2 整体侧围外板首先采用传统设置，单核计算侧围前段拉延工序，计算时间为6.7h，FLD图如图3-a所示。采用SSU设置，其余设置条件不变，计算时间为1.8h，为传统设置计算速度的3.7倍，其计算后FLD图如图3-b所示，可以发现，除局部单元略有差别外，其余区域完全一致。（a） 传统设置计算F

26、LD图（b） SSU设置计算FLD图图3 侧围前段FLD对比图再对整体侧围外板和车门内板进行测试，分别采用传统设置和SSU设置，整体侧围的计算时间分别为3.9h和2.2h，SSU速度为传统设置的1.8倍，其FLD对比如图4所示；车门外板的计算时间分别为6.8h和2.2h，SSU速度为传统设置的3.1倍，其FLD对比如图5所示。（a） 传统设置计算FLD图（b） SSU设置计算FLD图 图4 整体侧围外板FLD对比图(a) 传统设置计算FLD图(b） SSU设置计算FLD图图5 车门内板FLD对比图通过测试可以发现，SSU模块可以在提升速度2-4倍的同时可以保证成形性计算结果与传统设置几乎无差别

27、。另外，通过激活SSU模块，汽车车身覆盖件中最复杂的制件，如整体侧围外板和车门内板也可以保证在2小时左右完成，与当前的几款快速验证成形软件相比速度相当，且精度更高，显示出Pam-Stamp在产品设计或者工艺设计前期也有广阔的应用空间。3 回弹计算功能测试Pam-stamp的回弹计算算法有隐式算法，显式算法和高级隐式算法。Advanced implicit高级隐式功能是原有隐式算法的基础上的一种增强算法。高级隐式的力学方程求解是基于前一个增量步的最终形态，而这个形态是已知的（称为更新的拉格朗日算法）；而原有隐式算法的方程求解是基于当前形态的，但这个形态是未知的（称为拟欧拉算法）。通常情况下更新的

28、拉格朗日算法比拟欧拉算法更加稳定，原因是它更容易计算出与残余力完全一致的切向矩阵。本文选取了大型汽车覆盖件后背门外板为例，计算全工序模拟之后的检具支撑回弹，分别采用原有的隐式算法，显式算法和增强的隐式算法，通过分析比较，测试三种回弹算法的计算精度和速度。图6 检具支撑回弹模型计算模型描述：如图6所示，检具共有15个支撑（加紧）块和两个定位销组成，模拟制件在检具上支撑未夹紧时的状态，重力方向为Z-向。原有隐式回弹结果（b） 显式回弹计算结果（c） 高级隐式回弹计算结果图7 回弹计算结果对比回弹结果描述：回弹的计算结果对比如图7所示，三种算法的云图范围是一致的，为-3.5-17mm，可以看出三种算

29、法的回弹结果非常趋近，但极值略有差别，分别为：隐式，-3.7-17.7；显式，-3.8-17.7；高级隐式，-3.5-16.9。结果分析：首先分析三种算法的Z向支撑反力历史曲线，如图8所示。可以发现图8-（a）所示的隐式计算反力各增量步反力波动很大，且有些增量步的反力是不合理的；显式计算反力由于时间步小和显式算法的原因，震荡非常明显，经过滤波处理之后得到图8-（b）的历史曲线，可以发现曲线最终趋于稳定，相比隐式有明显改善；高级隐式计算反力曲线，如图8-（c）所示，与显式相比趋势接近，且非常光顺平缓。原有隐式计算Z向反力（b） 显式计算Z向反力（c） 高级隐式计算Z向反力图8 各支撑块Z向支撑反

30、力历史曲线对比其次，分析支撑块的Z向的反力与零件自重的平衡问题。制件的理论自重由Pam-Stamp检测为58.88N，三种算法的15个支撑块的反力如图8所示，隐式算法15个支撑块合力为94.18N,显式为61.17N，高级隐式为59.43N，可见隐式算法和显式算法均有较大的误差，只有高级隐式的反力与制件自重相差甚少，证明高级隐式的计算精度在三种算法里是最高的。图9 支撑块受力分布第三，比较三种算法的计算时间。隐式计算的时间为28分钟，显式计算的时间为492分钟，高级隐式的计算时间为206分钟。经过测试可以发现，隐式计算所需时间最短，但根据天汽模的使用经验，原有的隐式算法并不是可以保证所有的支撑

31、回弹都可以得到合理的结果，可能会出现制件穿透支撑块或者定位销的问题；显式算法的计算时间过长，大型复杂制件并不可取，所以只有高级隐式算法，同时可以保证计算精度和计算时间，是检具回弹模拟的最佳选择。4 结论本文通过测试Pam-stamp 2012.1版本的最新功能SSU模块发现汽车车身最复杂的制件如整体侧围外板和车门内板可以保证在2小时左右完成，显示出SSU模块在成形性验证阶段的巨大加速优势。另外，通过比较几种回弹算法的计算精度和时间，发现，高级隐式功能在计算检具支撑回弹方面精度最高，且耗费时间合理，最适合做考虑接触的回弹模拟。二、有限元分析在橡皮囊成形与回弹补偿中应用3.1有限元模型建立选择某2

32、024-O-1.5橡皮囊成形零件作为典型应用对象，材料为铝合金2024-O，厚度1.5 mm，弯边角度从3085均匀过渡，板料尺寸约231mm135板料定位孔盖板压板定位孔板料模具板料定位孔盖板压板定位孔板料模具图1 橡皮囊成形有限元分析模型（橡皮未示出）为了减少模具对有限元分析结构的影响，更加真实反映橡皮囊成形的实际情况，严格按工程要求建立有限元模型，见图6。从下直上依次为模具、板料、盖板、橡皮。3.2 网格化分板料按1mm1mm大小划分网格，约31185个单元；橡皮按1mm1mm大小划分网格，约61908个单元。模具约11968个单元，盖板约 1791个单元。3.3 材料属性板料定为变形体

33、，模具、盖板定为刚性体，橡皮为超弹性材料。按国标GB228要求，对2024-O铝合金材料在室温条件下沿材料轧制0、45、90方向进行拉伸试验。为了保证试验准确，每个项目重复3次，取其有效数据的平均值，表1为试验结果。表1 室温条件下2024-O铝合金材料力学性能试验结果轧制方向( )屈服强度Rp（MPa）抗拉强度Rm（MPa）均匀延伸率Agt(%)断裂延伸率At(%)厚向异性系数r应变强化系数K（MPa）应变强化指数n066.5177.519311.50.2134565166.519.323.60.653300.50.2259065164.514.718.00.515280.50.198从表1

34、可以看出，2024-O铝合金力学性能符合Hill48准则，在沿材料轧制0、45、90方向的力学性能略有不同，但差异不大，用0方向的试验结果进行有限元分析。3.4 约束条件根据实际工艺情况设定边界条件：模具不动；板料在2个定位孔处被约束；盖板只能上下移动；橡皮周边被约束，只能从上向下移动，施加压力为30MPa。3.5 摩擦系数模具、板料、橡皮之间均为干摩擦，摩擦系数设定为：模具-板料0.15；板料-盖板0.15；盖板-橡皮0.3；板料-橡皮0.3。3.6有限元分析结果采用有限元进行分析后发现：零件成形后最薄处为1.381mm，满足最低厚度要求。但是零件回弹是最主要的问题，见图7。A、B两点回弹量

35、为0.677mm，而C点的回弹量为1.82mm，无法满足零件外形精度要求。实际回弹理论型面A:0.677B:0.677实际回弹理论型面A:0.677B:0.677C:1.82图2 回弹情况有限元分析结果 图3 实际成形模具与零件3.7 回弹情况验证为了验证零件的实际回弹情况，依据理论模型，数控加工了理论型面的模具。用有限元分析的工艺参数，生产5个典型零件，将零件放在模具上（见图8），工人、工艺、检验人员分别测量零件A、B、C三点的回弹量，求其平均值，结果见表2。表2 回弹情况数据分析分析项目A点回弹（mm）B点回弹（mm）C点回弹（mm）有限元分析结果0.6770.6771.3551#件测量均

36、值1.1251.2251.52#件测量均值1.151.1751.43#件测量均值1.11.1251.254#件测量均值1.21.1751.3255#件测量均值1.21.1251.3总测量平均值1.1551.1651.355绝对偏差-0.478-0.4880.465相对偏差-41.39%-41.89%34.32%平均相对偏差39.20%从表2可以看出，对于该2024-O-1.5橡皮囊成形零件，有限元分析结果与测量数据的趋势一致，但是与实际测量数据均存在一定的偏差，有限元分析结果与实际测量数据之间的平均偏差为39.20%。3.8 模具回弹补偿工艺分析用有限元分析中模具回弹补偿模块，使用回弹分析结果

37、反复3次进行回弹补偿工艺分析，在满足要求后，直接生成了模具回弹补偿后CATIA模型文件。补偿后的模具见图9。绿色表示回弹后零件型面，黄色表示初始模具型面；红色表示回弹补偿后模具型面。回弹后零件型面初始模具型面回弹后零件型面初始模具型面补偿后模具型面图4 模具型面的回弹补偿使用回弹补偿后的模具进行零件成形分析，分析结果见图10。从图可以看出，零件回弹情况得到了很大的改善。A点回弹量为0.135mm；B点回弹量为0.093mm，C点的回弹量为0.217mm，已经满足零件外形精度要求。实际回弹补偿后型面A:0.135B:0.093实际回弹补偿后型面A:0.135B:0.093C:0.217图5 模具

38、回弹补偿后有限元分析结果 图6 回弹补偿后的模具与零件3.9 模具回弹补偿后生产验证同样，依据回弹补偿后模型，数控加工了模具。用有限元分析的工艺参数，生产5个典型零件，将零件放在模具上（见图11），工人、工艺、检验人员分别测量零件A、B、C三点的回弹量，求其平均值，结果见表3。表3 模具回弹补偿后回弹情况数据分析分析项目A点回弹（mm）B点回弹（mm）C点回弹（mm）1#件测量均值0.600.350.652#件测量均值0.500.100.503#件测量均值0.600.300.804#件测量均值0.500.400.705#件测量均值0.700.301.0总测量平均值0.580.290.733.1

39、0 回弹补偿前、补偿后零件对比分析回弹补偿前、补偿后典型零件测量所得的回弹数据分析见表4、图12。表4 回弹补偿前、补偿后回弹数据分析分析项目A点回弹数据B点回弹数据C点回弹数据平均测量值(补偿前)1.1551.1651.355平均测量值(补偿后)0.580.290.73减少回弹绝对值0.5750.8750.625减少回弹百分比16.59%75.11%46.13%平均减少回弹百分比45.92%01.41.6A点B点C点补偿前回弹补偿后回弹1.0单位:mm图7 回弹补偿前、补偿后实际回弹数据对比从表4、图12中可以看出，利用回弹补偿后的模具生产零件，会大大降低零件的回弹，根据实际测量数据，可以减

40、少回弹45.92%，使成形的零件更加符合实际理论型面。4 结束语成飞公司通过建立钣金成形有限元分析系统，组建钣金成形有限元分析团队，在新机研制过程中进行了复杂典型钣金零件成形过程有限元分析，确定零件毛料、成形方式，优化工装结构模式、成形压力、回弹量等工艺参数，为实现新机研制生产提供技术保障，缩短生产准备周期、优化加工过程，提高零件成形质量，提高快速研制和生产能力，提升成飞公司钣金零件的工艺设计水平。但是，影响有限元分析结果的因素主要有板材性能、有限元模型、边界条件、摩擦系数等。成飞公司已经完成了常用航空材料的性能测试，有限元模型、边界条件已经根据实际零件的成形方式确定，摩擦系数已经成为影响有限

41、元分析结果的主要因素。为了使有限元分析的结果更加真实、可信，需要针不同零件材料、模具材料、润滑条件、温度条件（考虑热成形）、表面光洁度进行摩擦系数测定，有限元分析的结果与真实情况更加接近、更加吻合。应当指出，生产是一个动态的过程，每个批次的板材性能、实际工况都存在一定的差异，这就使有限元分析结果不可能与真实的成形过程完全一样，但通过我们的努力，有限元分析结果将不断逼近真实的成形过程，对工艺方案、工艺参数、模具结构的确定将更加具有指导意义，这毕竟是现代钣金塑性成形发展的方向，也是我们追求的目标。三、Pam-stamp 2G 在航天工艺中的应用：1.成形工艺及参数图1 所示为某椭球底零件，材料为铝

42、2219，厚度为6mm，内弯曲半径为15mm，侧孔法线与椭球底y轴夹角为3.12。，距离为360mm，内径为320mm，侧孔翻边高度为20mm，该侧孔翻边是由预制孔经沿该法线方向的翻边力作用下冲压而成。图1 零件图2工艺计算（1）预制孔径d的计算工件在翻边的工程中，材料主要受切向拉伸使厚度变薄，而径向变形不大。因此，可以用简单弯曲的方法近似地进行底孔尺寸的计算。底孔直径按下式确定：d=D-2(H-0.43r-0.72t)式中：D翻边后孔的直径（中径）； d翻边前底孔直径； H翻边后零件的高度； r圆角半径； t材料厚度经计算：d=307.5mm，因为该零件为椭球底零件，轴线与Y轴夹角为3.12

43、。，所以预制孔应为椭圆孔，取短轴B=307.5mm，长轴A=B（2）翻边系数KK=式中：d翻边前底孔直径； D翻边后孔的直径（中径）； Kmin计算结果表明：翻边系数K大于翻边时孔边不破裂所能达到的最大变形程度时的K值，即极限翻边系数Kmin（3）最大翻边高度 最大翻边高度按下式确定：h 经计算：hmax（4）翻边力的计算用圆柱形凸模翻边所需要的压力，可按下式计算：P=1.1t式中：s D翻边直径（毫米） d底孔直径（毫米） t材料厚度（毫米） 经计算：P=9.7t，本翻边模在3000T液压机上使用，足以保证该翻边力。3模具结构设计及工作过程（1） 模具结构分析带有预冲孔的孔翻边模结构如图2所示。该模具主要解决在椭球面上且与旋转轴线成一定角度的孔翻边问题。本模具使用导向板导向，导向板用螺钉及销钉安装于上下模。制件定位采用孔定位，在上模、压边圈、制件上开定料销孔，位置与切钻样板协调。为了使冲压方向与侧孔法线方向一致，模具中心线相对椭球面旋转轴线倾斜3.12。，与侧孔法线方向平行。使用16根弹簧提供冲压过程中所需压边力，同时在模具完成冲压后，在弹簧的作用下，压边圈把零件顶出凸模，方便退料。图2 侧孔翻边模结构图1、15.螺钉 2、7、8.导向板 3、13.销钉 4.垫板