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1.板料成形数值模拟技术的工程应用 板料冲压成形模拟软件已经在实际生产中得到广泛应用,解决了很多冲压成形过程中的疑难问题,可以有效地减小试模周期,降低生产成本,提高产品质量。在汽车制造发达国家,板料成形数值模拟已经成为模具工艺设计规程中的一项重要内容,没有进行数值模拟或数值模拟中发现工艺设计有问题的方案都不能进入下一生产流程。 由于国内劳动力成本较低,限制了数值模拟技术的应用,但是随着中国加入WTO以后,国内模具企业逐渐与国际市场接轨,对模具质量要求不断提高,对生产周期要求不断缩短,迫使国内模具企业开始采用各种计算机辅助技术(CADCAECAM)。由于板料成形CAE软件价格昂贵,而且要求工程技术人员掌握一定的理论基础,因此CAE技术在国内的应用起步较晚,应用水平和解决实际问题的能力也相对较低,模拟结果无法得到工艺设计人员和模具设计人员的信任,长期以来一直依靠自己的经验,而且过分依靠自己的经验进行工艺设计和模具调试,这也在一定程度上限制了CAE技术应用水平的发展。 1.经验能解决所有问题吗? 市场推销人员在介绍和演示冲压成形CAE软件功能时,经常要回答工艺设计人员的疑问,其中有经常会出现一个非技术性的苛刻问题令推销人员非常尴尬: “这个零件不用模拟我也知道它在什么地方可能起皱、可能破裂!” 换一句说,“这个零件不需要模拟,一看就知道它在什么地方有缺陷。”经验丰富的工艺设计人员有资格提出这样的问题,因为他们已经有多个类似零件的设计和调试经验,积累了丰富的实际经验,但是在上面的提问中仍然用了“可能”两字,实际上还是不能确定在什么地方一定起皱、一定破裂,因此仅仅依靠经验还是不能完全解决零件成形过程中出现的各种缺陷。 冲压工艺是非常复杂的问题,每个零件都有自己结构方面的特点,工艺补充设计和压料面形状千差万别,板料的性能参数各不相同,还有冲压过程中的润滑条件、压边力大小、拉深筋设置等工艺参数也不相同,这些因素都或多或少地对零件的冲压工艺有一定影响,而且这些因素有时还是相互影响,仅仅依靠经验很难将这些因素全部或者综合考虑,因此在这些复杂因素中积累经验比较困难,积累的过程也都比较漫长,可能需要5年也可能是10年或者更长时间,而且大部分的经验是在失败的基础上积累起来,因此经验的积累需要付出很大的代价。然而,即使用这些逐渐起来的经验再去解决模具制造过程中层出不穷的新问题也将是非常困难的,因此经验只能在一定程度上解决一些问题,不能解决所有问题。 依靠经验不能解决的问题主要体现在以下几个方面: (1)经验可以定性地给出解决问题的方法,不能定量地解决问题。例如利用经验调模时,采取的措施一般都是估计出来的,不能定量地给出润滑条件、压边力大小、拉深筋的半径和布置等等。 (2)经验可以解决成形过程中可见的缺陷,不适合解决不可见的缺陷。有经验的技术人员只能解决可见的破裂或起皱等缺陷,很难解决因塑性变形不充分引起的鼓动或微波纹等成形缺陷。 (3)经验不能优化工艺方案。影响成形的因素非常多,仅仅依靠经验很难将众多影响因素综合考虑,优化这些因素,得到一个比较优化的工艺方案。 2.CAE软件能解决所有问题吗? 在国内模具企业往往过分依赖经验,过分依赖少数经验丰富的技术人员,这对于扩大生产规模和企业的长远发展都有很大的制约,而且一旦经验不足或经验出现偏差时,就会严重影响产品质量和生产周期。CAE作为一种虚拟的数值仿真技术越来越受到工程技术人员的重视,而且已经解决了传统经验无法解决的模具制造难题。 那么CAE软件能解决模具制造过程中的所有问题吗?答案非常明确:“不能。” CAE作为一种新技术,具有自己独特的优势,它可以将实际试模过程在计算机上用数值模拟方法虚拟地再现,发现成形过程中产生的缺陷,并且可以在计算机上修改相应的工艺条件解决成形过程中的缺陷。但是CAE技术不是万能的,它不能解决板料成形过程中的所有缺陷,主要体现在以下几个方面: (1)现有国外软件主要模拟拉延模的成形过程,对于修边模和翻边模中的问题还不能较好地模拟,使CAE软件的应用范围还比较窄,能解决的问题还比较有限。 (2)在有些问题上CAE软件的模拟精度还比较低。例如回弹问题,现有商品化软件都不能比较准确地预测冲压件成形卸载后的回弹量和修边后的回弹量。 (3)冲压件成形后表面光洁度、表面划伤等方面还不能模拟。 (4)CAE软件不能模拟模具间隙过小的情况。根据成形工艺的要求,有时会采取模具间隙小于板厚的成形方法,提高拉深或翻边的成形性,由于板料成形CAE软件一般都采用板壳单元,因此无法模拟这种成形工艺方法。 3.CAE软件的模拟结果100%准确吗? “完全依靠经验有时会有偏差,CAE软件的模拟结果就不会出现偏差吗?”很多技术人员都会提出这样的问题,答案非常明确: “CAE软件的模拟结果有误差,有些情况模拟误差比较小,有些情况误差比较大。” 由于板料冲压成形是非常复杂的过程,因此数值模拟也非常困


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