沖壓仿真技術(shù)介紹及在工程中的導(dǎo)入.ppt

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沖壓仿真技術(shù)介紹及在工程中的導(dǎo)入,,,,一.前言二.技術(shù)介紹1.新軟體使用的背景2.主流軟體的技術(shù)介紹3.沖壓仿真專業(yè)術(shù)語(yǔ)介紹4.仿真分析所需要的信息三.功能和運(yùn)用1.組織架構(gòu)2.功能和方向3.流程分析四.結(jié)束語(yǔ),一.前言,任何一項(xiàng)新技術(shù)在單位的引入,發(fā)展,深植都離不開(kāi)高層高度重視,中層的竭力扶持和執(zhí)行層貫徹實(shí)施.有著將CAD/CAM成功推廣經(jīng)驗(yàn)的MPM,沖壓仿真CAE技術(shù)同樣可以在沖模廠這片技術(shù)肥沃的土壤迅速成長(zhǎng).,一.新軟體使用的背景,二.技術(shù)介紹,塑膠產(chǎn)品仿真軟體Moldflow，C-flow在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段得到了各方認(rèn)可，沖件產(chǎn)品有沒(méi)有這樣的軟體呢？沖件產(chǎn)品缺陷表現(xiàn)為材料縮頸，破裂，拉痕，殘余應(yīng)力變形(回彈)造成的形位精度的丟失，仿真軟體可不可以真實(shí)再現(xiàn)這些現(xiàn)象？汽車行業(yè)大量使用CAE工具，3C行業(yè)運(yùn)用如何?,,,,,,,世界各大公司都廣泛采用CAE技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造能力，沖壓仿真技術(shù)100%覆蓋了汽車制造行業(yè)！,靈活性與可加工性,嘗試新的材料和工藝,縮短開(kāi)發(fā)周期,消除/減少試驗(yàn)?zāi)?目的:在可控的成本范圍內(nèi)，準(zhǔn)時(shí)完成模具開(kāi)發(fā),使用低噸位的沖床,降低模具成本,改善產(chǎn)品壽命,周期,質(zhì)量,成本,,可以簡(jiǎn)單給這種新軟體一個(gè)概念：沖壓工程分析軟體就好象一臺(tái)沖床，輸入各種外界條件，最終就可以得到一個(gè)數(shù)值顯示的“產(chǎn)品”。從成形過(guò)程和結(jié)果的數(shù)值可以顯示各種缺陷的生成，以判斷工藝的優(yōu)劣。,靜態(tài),“準(zhǔn)”靜態(tài),動(dòng)態(tài),結(jié)構(gòu)問(wèn)題,金屬成形,碰撞問(wèn)題,SF=0,SF0,SF=ma,隱式方法,顯式方法,二.主流軟體的技術(shù)基礎(chǔ)介紹,,沖壓過(guò)程是個(gè)瞬態(tài)過(guò)程，所以從數(shù)值計(jì)算的角度來(lái)說(shuō)，即可以使用隱式算法求解，也可以使用顯式算法求解。Implicit隱式算法：要求矩陣轉(zhuǎn)置與對(duì)角化，所以能處理的模型較小，同時(shí)求解過(guò)程中必須進(jìn)行收斂疊代。Explicit顯式算法：不必進(jìn)行矩陣轉(zhuǎn)置與對(duì)角化，也不需進(jìn)行收斂疊代與檢查。主流的解決方法比較完美的結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)：使用顯式時(shí)間積分來(lái)仿真成形過(guò)程（forming），使用隱式時(shí)間積分來(lái)仿真回彈過(guò)程（springback）。,隱式時(shí)間積分算法:時(shí)間t+Dt時(shí)計(jì)算平均加速度－位移:,顯式時(shí)間積分算法：用中心差分法在時(shí)間t求加速度:其中{Ftext}為施加外力和體力矢量,{Ftint}為下式?jīng)Q定的內(nèi)力矢量:新的幾何構(gòu)形由初始構(gòu)形{xo}加上位移增量獲得,板成形分析軟體：Dynaform:美國(guó)求解器為L(zhǎng)S-DYNA兼具顯式隱式算法Pamstamp2G:法國(guó)兼具顯式隱式算法Autoform:德國(guó)隱式算法Fastform，Superform等等,體積成形分析軟體：LS-DYNA:兼具顯式隱式算法Superform:求解器為MRC兼具顯式隱式算法Superforge:有限體積法Deform:專業(yè)體成形軟體,三.沖壓仿真專業(yè)術(shù)語(yǔ)介紹,CAE:ComputerAidedEngineering計(jì)算機(jī)輔助工程FEA:FiniteElementAnalysis有限元分析TensileTesting:拉伸實(shí)驗(yàn),,Stress(s)：sENG=F/Ao工程應(yīng)力=受力/面積Strain(e)：eENG=(l–lo)/lo工程應(yīng)變=（最終長(zhǎng)度-初始長(zhǎng)度）/初始長(zhǎng)度Young’sModulusofElasticity(E)楊氏模量s=Ee（彈性階段）YieldStress(sY)屈服應(yīng)力UltimateTensileStress(UTS)抗拉強(qiáng)度materialstrengthcoefficient（K）材料的硬化系數(shù)（塑性階段）workhardeningexponent（n）材料的硬化指數(shù)（塑性階段）,彈性,塑性,s=Ee,sY,,UTS,,s=Ken,各向同性材料,各向異性材料,HILL90模型,各向異性系數(shù)Lankfordratio:,IsotropicNormalAnisotropicPlanarAnisotropic/Orthothrpic,R0=R45=R90=1R0=R45=R901R0R45R90,FormingLimitDiagram(FLD)：FLD是一種非常有用的工具，它可以通過(guò)工件上任意一點(diǎn)位置上主應(yīng)變和次應(yīng)變的數(shù)值在FLD上投影一點(diǎn)，通過(guò)在FLD上投影點(diǎn)的位置來(lái)判斷工件上這個(gè)位置的變形狀況。,?,Maj,?,Min,,,,,,,,主應(yīng)變是變形后，橢圓長(zhǎng)軸的方向，恒為正。次應(yīng)變是變形后，橢圓短軸的方向，可正可負(fù)。,,,,,,,回彈SPRINGBACK,應(yīng)力釋放過(guò)程,有限元的回彈解釋：在成形的下死點(diǎn)，模具完全閉合時(shí)，工件內(nèi)的殘余應(yīng)力和工件與模具的接觸力平衡。當(dāng)工件脫離模具時(shí)候，這種平衡被打破，工件會(huì)達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)。實(shí)際上，這個(gè)過(guò)程是部分釋放在工件內(nèi)的殘余應(yīng)力，并達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)的過(guò)程，工件形狀也發(fā)生了變化。,回彈計(jì)算有兩種方法:=>Staticco-processor隱式求解-使用隱式求解器能夠取得比較好的求解精度，但是由于需要矩陣轉(zhuǎn)置與對(duì)角化，對(duì)于大模型可能內(nèi)存的需求非常大，無(wú)法完成運(yùn)算。=>Dynamicrelaxationmethod顯式求解-使用顯式求解器-不需要矩陣轉(zhuǎn)置與對(duì)角化，所以處理大的模型會(huì)比較容易，對(duì)內(nèi)存需求小，對(duì)CPU需求高。,四.進(jìn)行仿真分析所需要的信息,下面列表是完成一個(gè)仿真過(guò)程所必須的信息：1.表達(dá)模具3D外形的IGS文件，或其他可表達(dá)3D信息的文件2.下料尺寸的2D圖檔，以及在模具上定位關(guān)系尺寸。3.模具部件在成形時(shí)候的運(yùn)動(dòng)以及位置關(guān)系，例如動(dòng)作的先后順序，速度等。4.壓料的方式和壓料力大小，例如是使用氣缸或彈簧，優(yōu)力膠等，使用類型以及數(shù)量，預(yù)壓量等等。5.材料的牌號(hào)，厚度。（詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)下表）,三.功能和運(yùn)用,1.組織架構(gòu),Prototypeshop,,工程分析課,,,板成形組,體成形組,沖模廠,,2.功能和方向,產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期仿真能做什麼?1.對(duì)比不同的材質(zhì)和材料厚度對(duì)成形性能的影響，厚度分布圖和應(yīng)力應(yīng)變分布圖，供產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員借鑒.2.提供各種工藝方案（拉伸，擠出，鍛造等）仿真結(jié)果，為整體方案確定提供有利與產(chǎn)品制造的建議.,產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段仿真能做什麼?1.盡早發(fā)現(xiàn)成形問(wèn)題，利於costdown.2.精確估計(jì)成型所需要的噸位，經(jīng)濟(jì)選擇沖床.3.展開(kāi)產(chǎn)品，評(píng)估坯料尺寸，提供報(bào)價(jià)依據(jù).,展開(kāi)所需時(shí)間:30-120min,預(yù)估成形力所需時(shí)間:120-480min,快速預(yù)估:60-240minByQucikstamp,精確預(yù)估:120-480minByAutostamporDynaform,產(chǎn)品最小圓角為0.4,產(chǎn)品最小圓角為0.8,模具設(shè)計(jì)階段仿真能做什麼?1.優(yōu)化下料尺寸，在材料成本和成形質(zhì)量上找到平衡點(diǎn)，並可提供復(fù)雜形狀的下料刀口尺寸.2.對(duì)比不同的成形參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響（壓料力，入口圓角，抽引高度等）.3.預(yù)測(cè)回彈變形以及回彈補(bǔ)償量.,軟EG料的回彈變形,硬EG料的回彈變形,工站排布,報(bào)價(jià),客戶來(lái)檔,,討論,不適合仿真,復(fù)雜零件,早期評(píng)估,,如果必要,初定工藝，調(diào)諧，驗(yàn)証,,,,,專家系統(tǒng),,,,3.流程分析,接下頁(yè),,模具設(shè)計(jì),模具加工,組立測(cè)試,標(biāo)準(zhǔn)接受,模具設(shè)計(jì)變更,N,批量生產(chǎn),Y,仿真設(shè)變方案,,,,,,,,,接上頁(yè),我們的目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)所有金屬成形工藝的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬,我們的方向：輔助工程單位減少或消除金屬成形制造瓶頸的產(chǎn)生,四.結(jié)束語(yǔ),