下面重點(diǎn)介紹沖壓成形......



下面重點(diǎn)介紹沖壓成形的CAE技術(shù)及其與CAD/CAM技術(shù)一體化問題。
1.沖壓成形CAE前處理系統(tǒng)沖壓成形過程計(jì)算機(jī)仿真人工干預(yù)最多的應(yīng)數(shù)其前處理過程。目前大多數(shù)沖壓成形的仿真都采用通用的有限元分析前處理軟件。這些前處理軟件雖然功能很但由于沒有考慮薄板沖壓成形的特點(diǎn)，使用起來不方便，對(duì)不熟悉有限元方法的模具設(shè)計(jì)師更是如此。最近美國(guó)ETA推出了eta/DYNAFORM，在一定程度上考慮了薄板沖壓成形的特點(diǎn)。但eta/DYNAFORM是以LS-DYNABD為直接服務(wù)對(duì)象的，薄板沖壓成形的特點(diǎn)利用得并不充分。湖南大學(xué)汽車技術(shù)實(shí)驗(yàn)室最近設(shè)計(jì)的沖壓成形仿真前處理軟件系統(tǒng)最大限度地考慮了汽車覆蓋件沖壓成形的特點(diǎn)，而且是專門為該實(shí)驗(yàn)室自己開發(fā)的沖壓成形專用軟件配套的，軟件界面充分考慮模具設(shè)計(jì)師的通用術(shù)語和概念，還具備一定的模具與工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。盡管這一系統(tǒng)有待進(jìn)一步完善，但已顯示出極強(qiáng)的實(shí)用性和竿先進(jìn)性汽車覆蓋件沖壓成形CAE前處理系統(tǒng)一般來說至少具備如下功能。
1)精確地描述模具的幾何形狀根據(jù)不同仿真軟件的要求，模具表面可用解析法表示，也可用有限單元的集合來表示。當(dāng)用后者時(shí)，有限單元網(wǎng)格所代表的幾何形狀必須與所設(shè)計(jì)的模具表面形狀足夠接近，這個(gè)近似精度應(yīng)當(dāng)是任意可調(diào)的。2)對(duì)作一形狀板料形成任意的網(wǎng)格網(wǎng)格單元一般為三節(jié)點(diǎn)三角形單元或四節(jié)點(diǎn)四邊形單元。應(yīng)具有產(chǎn)生任意疏密網(wǎng)格的功能，且疏網(wǎng)格區(qū)與密網(wǎng)格區(qū)應(yīng)能自動(dòng)過渡。網(wǎng)格質(zhì)量應(yīng)能自動(dòng)檢測(cè)與控制。3)模具與板料接觸摩擦界面的自動(dòng)定義和任意的特性參數(shù)選擇。4)沖頭任意運(yùn)動(dòng)特性的自動(dòng)定義。5)壓邊圈上壓延筋和壓邊力的自動(dòng)定義。6)板料特性參數(shù)的自動(dòng)定義。7)對(duì)模型進(jìn)行任意修改的功能。8)對(duì)模型所包含的全部信息進(jìn)行圖形顯示的功能。9)友好的用戶界面與幫助功能。
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2.沖壓成形CAE軟件系統(tǒng)沖壓成形仿真軟件涉及如下幾方面的關(guān)鍵技術(shù)。(1)模具的幾何與力學(xué)模型模具的剛度比板料的大得多，所以一般情況下可作剛體來處理。但涉及模具的摩擦磨損時(shí)，模具也應(yīng)作為彈塑性體來考慮。模具的幾何形狀可用有限元網(wǎng)格來描述，也可用解析面/CAD曲面來描述。后者的幾何精度高但要求特別的接觸界面處理算法。沖頭的運(yùn)動(dòng)通常以給定的位移歷程或速度歷和來描述。壓邊圈通常只允許在沖壓方向運(yùn)動(dòng)，而定模的自由度則完全被約束。
(2)板料變形模式與殼體單元目前，幾乎所有的覆蓋件沖壓成形仿真軟件都假設(shè)板料各處的變形模式符合某種殼體理論，也就是忽略板料厚向應(yīng)力在成形過程中的影響。然而這個(gè)假設(shè)常常是不成立的。壓筋部分或相對(duì)彎曲半徑較小的區(qū)域的應(yīng)力更接近三維狀態(tài)。這種局部三維應(yīng)力狀態(tài)對(duì)成形過程仿真結(jié)果的影響影響已開始引起研究人員的重視。殼體單元以低階的雙線性單元(包括三角形和四邊形單元)最為常用。這不僅是因?yàn)榈碗A單元便于計(jì)算和接觸界面的處理，也因?yàn)樗鼈冏钸m合于仿真算法。
(3)板料本構(gòu)模型汽車覆蓋件沖壓成形所用板材由于軋制過程中的加工硬化等現(xiàn)象而具有明顯的正交各向異性。因此在構(gòu)造板材的準(zhǔn)則和流動(dòng)準(zhǔn)則時(shí)，考慮這種各向異性重要。同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的是，沖壓成形過程本身會(huì)使板料的各向異性發(fā)生改變。目前用得最多的應(yīng)數(shù)Barlat模型和Hill模型以及它們的變體。對(duì)于薄板沖壓成形過程的仿真來說，本構(gòu)模型中的計(jì)算問題也很關(guān)鍵。塑性變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)不僅要滿足屈服準(zhǔn)則。還要滿足板殼理論中厚向應(yīng)力為零的假設(shè)，這就為板料塑性變形的計(jì)算增加了難度。研究表明平面應(yīng)力狀態(tài)下的回映算法具有精度高與計(jì)算工作量小的綜合優(yōu)點(diǎn)。