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湖北汽车工业学院科技学院毕业设计（外文翻译）湖北汽车工业学院科技学院毕业设计(外文翻译)指导老师：学 生：班 级：学 号：专 业：材料成型及控制工程（模具设计与制造）时 间：2011年3月综合成形模拟和优化模具结构的模具设计分析Venkat Aitharaju*, Malcolm Liu, Jennifer Dong, Jimmy Zhang, Chuan-tao WangGeneral Motors Corporation, Manufacturing Engineering - Die Center2000 Pontiac Centerpoint Parkway, M/C: 483-520-276, Pontiac, MI 48341摘要：通用公司在采用冲压成形模拟分析和验证凹模表面成形性分析的发展方面，获得巨大成功后, 它在冲压工艺方面，总生产力向前迈了一大步。其中,保证模具的结构完整性和最小重量是其中的重要举措之一。冲压模具设计(或实体模型的冲压模具)通常是参照由以下的模具设计手册和标准完成的。对于任何标准以外的设计改变，没有数据分析基础来验证模具设计工具结果的改变。模具结构分析(DSA)提供了一个数据库来验证设计的安全因素变化。几年前,通用汽车制造工程-模具中心开始模具的结构分析,在各种领域,以满足客户不断增长的需求，如下：（1）验证设计上的变化；（2）在调试模具冲压操作和维修方案的建议中确定破损的主要原因；（3）优化模具结构,降低体重；（4）按吞吐量优化了废口槽开口；（5）提供数学基础工具来验证目前修改的模具设计标准。在综合分析成形和模具结构分析成功后 ，形成模具表面负荷力(压边力、挤压力,成形力)将被提取应用于在模拟和应用固态压铸结构的应力应变分析。在过去的几年中,模具中心为许多模具设计要求的变化和冲压模具结构的模具进行了静态、动态和疲劳分析。本文提出一些基本问题,综合成型及模具的结构分析和阐述了在模具设计,模具结构及生产冲压件上模具结构分析的影响。介绍：用于制作汽车板料零件的模具成本占到了生产车辆预算项目总成本的40%左右。这些模具的制造成本成为了汽车公司评估开发新汽车计划的基准。这些冲压模具设计是根据公司内部生产过程中，一个特定的模具设计标准基础、安全指导和新的规定来制定的。这些模具经常受到不同加工方式的影响，从而影响到他们的生命周期。这些模具按照一种安全的模具结构设计，有可能会导致严重的破坏，安全处理这些问题是最重要的。因此,在模具设计应提供足够的安全系数,以防止任何结构破坏的出现。同样,在生产过程中 模具的损坏能引起一个完整的生产流水线瘫痪。由于这种极端的重要性,这些模具是整个安全生产周期的过程中最为重要的环节。由于各种冲压模具设计标准存在综合形成与结构的分析不准确性,于是传统的模具设计与整体结构通常很重。由于这些沉重的结构，模具费用、原材料、施工成本、运营成本(电费用于移动模具)是巨大的。但现在触手可及的有限元分析,准确的形成与结构的分析,能帮助冲压模具执行各种线操作和优化结构减少的模具重量和降低营运成本。同样,冲压模具破损是严谨分析问题的根本原因，可以固定在一个更有效率的方式。根据目前的结构分析的成分对于那些过去的方法来确定载荷的形成是不准确的讨论，最大的挑战是将综合形成的结构分析应用在各种冲压成形载荷96%的情况下。本文提出了一些解决的问题,结合实例分析成形方案和模具的结构。首先,作者讨论简单设计荷载对模具的结构零件,其次建模策略,并对模具进行结构分析(DSA),基准研究通过NASTRAN软件提供各种各样的四要素的通用结构分析. ,利用模具的结构分析最终解决一些问题。也进行了简要的回顾与供应商合作计划介入发展一套综合的模具结构分析和模型分析的DSA数据包。模具设计载荷：负载的模具结构元件可以分成(a)和(b)处理负荷运行负载。处理的是将静态负荷重量转移到模具零件之间。模具在荷载作用下运行,应用于模具在冲压成形的操作。例如,较低的粘合剂为三种模具设计,通过吨位气垫或低硝基持钣金冲压成形工作期间。对于一个修模具、较低的适配器受修剪负载所需剪切的空白。对于一个法兰模下垫应该承受垫吨位而进行了板边操作。在通用模具开发中心适用期间,有一个方法是提取这些负载使其在每个冲压模具成形仿真运行。在验证了该方法的基础上,提高系统的反馈能力。目前,所有的压力系统(气缸数为低,数量的探针硝基一个气垫)设计输入来自详细的模具成形模拟试验。DSA建模：模具结构分析团队在通用模具中心进行了几个基准研究中，进行了三维有限元模型,公司员工利用UG、mesher Unigraphics提供了工程技术革新。许多特征对模具的结构组成都不影响结构的刚度,但只有当他们变成复杂模型包括在最后的分析模型都会有一定的影响。在通用模具中心,UG创造了坚实的模型,最近它有了许多的优势,利用UG /场景建模为它节省了相当多的时间，但在在删除/抑制特性并无实质性的意义。自动网格生成可在UG场景中产生了网格单元，尺寸大小取决于在计算机辅助设计(CAD)和用户输入的几何特征。但这种做法并不是最佳的时候，需要精确捕捉应力分布区域的集中应力。mesher啮合算法,克服了这个限制革新用户选择精制/粗的完整的网域。根据大小和几何形状复杂的模具结构部件的网格程序被选为创造了坚实的啮合，4node / 10-node四面体元素被用来网格结构部件的体积网格划分后的实体模型,Hypermesh用来检查网格节点(吻合,固态元件翘曲、长宽比、倾斜、雅可比)的质量。而检查后,在网格质量标准的质量跟踪批准了坚实的网格进行分析。翘曲98%的元素:30度以下,98%的元素的长宽比:下面10%雅可比:98%的元素在1到10的上述检查完后,Hypermesh被用来指定边界条件和加载条件。一个NASTRAN程序文件的准备和提交NASTRAN程序的能手。分析结果的NASTRAN程序处理Hypermesh职位。以下是一个基准测试比较4节点及节点元素在10应力和挠度预测结果的实体模型。单元基准测试：以悬臂梁在重力荷载作用下的分析来评估自己的效率和海格萨的元素。尽管汽车网用于模具的结构分析的产能只有四个节点,10-node四元素,海格萨元素是用来研究进行比较。下面给出了这个问题的细节。图一 悬梁臂的几何形状不同网格密度与Tetra4四10元,试图找出功效的元素。下表显示提示位移为各种各样的元素特性。表1 描述各种元素小量位移元素种类NASTRAN软件解决方案闭合形式错误海格萨6元素9.44E-29.591E-21.5%180集群4元素6.699E-29.591E-230.1%360集群4元素9.102E-29.591E-25.1%36集群10元素9.371E-29.591E-22.3%从表中可以看出,一层一层的元素能预测海格萨位移非常接近精确解。但是Tetra4元素与一个180度的预测单元的位移和厚度误差的Tetra4。360元素30.1%股权和两种元素的元素的厚度预测误差的位移5.1%。但是Tetra10 36元素的元素和元素通过网格的厚度仅能预测其位移非常接近闭合形式的解决方案。从本研究中,我们可以看到,Tetra10元素是很有效率的捕捉弯曲效应和少量的元素Tetra4元素相比。因此在分析过程中,Tetra10元素被用于一个标准的模具结构分析。模具结构分析：例子：大量的模具结构进行了分析,以满足需求的变化,验证坚实的模具设计方案来防止模具结构改进破碎、体重下降下面的例子提供一些应用工具解决问题的的有关汽车冲压模具。应力和挠度顶部和底部板的分析：这是一个关于减重和结构优化的普通插座板冲压技术用于丙种外币发电厂。顶部和底部的适配器板为铸件。共有一百板块构造，每年举行一次。由于这个沉重的体积、重量优化钢铁。各种载荷对上部和下部阀板被认为:4点的支持与整个模具装配放在盘子里,两个点支持模具装配与动态加载在冲压成形。基于应力和位移结果从详细的死亡结构分析、板块的厚度可以减少178毫米(7)到127毫米(5),为152毫米钢板和上层(5)- 102毫米(4)为较低的盘子。这个变化满足安全系数。这些厚度范围提供了一个机会来取代GM从架子上投板。锅炉这也减少了可观的铸造。总的来说,这已经挽救了数百万美元的施工成本的流逝。模具设计改变的评价在生产中一些模具通常被修理而需要改变,以至容易报废掉。通常这些变化,提供了一些结构刚度的死亡。用廉价的模具结构分析、网上可以验证去除或在修改的基础上进行了详细的分析结果。这就避免了重新设计和重构的相关成本、交货期修剪时间。3至6显示DSA评估原设计和试验的基础上,提出了两种版本为修剪时间。以上显示比较安全边际的三种设计方案。修改和删除被冲压厂采纳。应用在蓝色表面修剪吨位固定在模底部图2 修改模几何结构分析有效压力（Mpa）48494045424841位移（mm）-0.053-0.056-0.042-0.053-0.048-0.057-0.0470.08mm最大偏转48Mpa最大等效应力图3 最大应力和挠度对原设计(原件,7个网状在凸轮修剪处)有效压力（Mpa）49633981758443偏转（mm）-0.05-0.07-0.12-0.10-0.19-0.09-0.05最大偏转0.21mm最大有效压力84Mpa图4 二移除(Rev.1设计) 的最大应力和挠度的修订 有效压力（Mpa）75943080409860偏转（mm）-0.23-0.11-0.11-0.09-0.19-0.12-0.16图5 4个网状移除(设计) 的最大应力和挠度的修订表2 修剪模的安全边际设计安全边际原9.6修正14.5修正23.2模具破损和根本原因识别在生产过程中,身体侧外环的模具显示裂缝顶部的柱区。这种结构上的根本原因并没有出现在冲压供应商的工厂。因为较低的界限是传统设计标准和模具在没有任何结构分析,验证了有猜测的强度较低的界限可能不足够。证实,一个请求进行模模具中心结构分析,较低的界限。自从模具已经在生产使用、冲压模具的需要很快就会回来，在不影响整个生产的车辆。图7显示低粘合剂的几何形状支持空气针。图8平衡块在较低的界限上模接触。因此较低的界限是受垫负荷从底部和顶部的支持。空气销支撑着 图7 较低的环体侧外(从底部)块图8 较低的环体侧外(从机身)作为通用数学为基础的支持过程了十年,寿命对于整个模具立体几何的模具制作模具中心在模具的结构分析,可以从没有失去任何意义。一份详细的结构分析,较低的界限。在分析,较低的界限是在空中冲压负荷大头针地点。该冲压成形载荷作用的分析,推导出使用。这个负荷最低负荷要求把珠子和控制的金属流动在整个冲压操作。较低的界限是支撑平衡块的位置。摘要在详细分析了模具结构的变形和应力的结果,为降低粘合剂进行评估。安全边际对应力和挠度被发现是非常安全的。因此在厂内结构破坏是归因于操作不当所增加的意外。DSA项目的开发模具的结构进行了分析,包括大量的手工努力的三维模型,编制了模具结构对NASTRAN程序所需要的数据文件的程序。另一方面,很多时间都花在后期处理标准结果如位移(u,v,w),强调(主修、辅修,von-Mises)和计算的安全边际抗疲劳。减少时间准备一个标准的分析啮合,数据和后处理,结果,通用模具中心和它的软件供应商,埃塔(工程技术伙伴),开始发展一套综合的软件包和一个图形用户界面专为模具的结构分析。在2003年,一个测试版的这个包裹,称为ETA-DSA,被安装在模具中心。ETA-DSA是一个综合的福利,包括革新的VPG埃塔对于啮合,预处理、后处理和疲劳分析。ETA-DSA链接到NASTRAN程序求解静力分析和进行动态分析。ETA-DSA也提供汽车报告能力来允许用户创建网站准备报告,直接得出分析结果。ETA-DSA图形用户界面友好的用户提供了一个良好的环境中执行上述所有的任务。总结：模具结构的分析,是一种重要的辅助应用程序在冲压模具结构的许多地方,冲压操作上提供了重要的价值。使用效益的模具结构分析,验证了轻量的模具设计和修改,以减轻体重,成本和能量的模具冲压、改进设想,以确保模具结构完整性的安全设备,人类和新闻媒体通过它提高产量的变化,更好地使废料脱落。在综合分析成形仿真和模具结构使通用冲压件模具成本不断减少,生产力得到提高,。进一步改进的技术和业务流程的要求技术不断发展, ,同时自动启用具有较强鲁棒性的DSA处理成型模具结构分析和动态模拟。致谢：在此感谢亚瑟唐和卡罗Larque工程技术有限公司与员工及协调发展的中心总经理的ETA-DSA软件包。多亏了罗德里格、,通用汽车公司在巴西有价值的技术讨论和在通用模具中心初始阶段的模具结构分析项目。参考：1. MSC.NASTRAN 2001 Quick Reference Guide2. Unigraphics NX Scenario and Structures
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