外文翻译--拉深模设计中拉深壁起皱的分析中文版

桂林电子科技大学毕业设计（论文）说明书用纸拉深模设计中拉深壁起皱的分析FKChen and YCLiao台湾大学机械设计研究所在带有斜度的方形盒和带有阶梯的方形盒的拉深中发生的起皱现象一直在被研究。这两中类型的起皱现象有一个共同的特征：全都发生在相对无支撑、无压边的拉深壁处。在带有斜度的方形盒的拉深中，常受到工序参数的影响，例如：模具的间隙值和压边力等，所以常用有限元模拟的方法来研究分析起皱的发生。模拟的结果表明模具的间隙值越大，起皱现象就越严重，而且增加压边力也不能抑制和消除起皱现象的发生。在带有阶梯的方形盒拉深的起皱现象分析中，常通过实际生产中一种近似的几何结构来研究、试验。当凸模与阶梯边缘之间的金属板料在拉深时分布并不均衡，就会在侧壁发生起皱现象。为了消除起皱现象的发生，一个最优的模具设计常采用有限元的方法进行分析。模拟的结果和起皱试验论证了有限元分析的准确性，并且表明了在拉深模具设计中使用有限元方法分析的优越性。关键词:侧壁起皱；拉深模；带有阶梯的方形盒；带有斜度的方形盒一、引言起皱是金属板料成形中常见的失效形式之一。由于功能和视觉效果的原因，起皱通常是不能为零件制品所能接受的。在金属板料成形加工中通常存在三种类型的起皱现象：法兰起皱；侧壁起皱和由于残余压应力在未变形区产生的弹性变形。在冲压复杂形状的时候，拉深壁起皱就是在模具型腔中形成的褶皱。由于金属板料在拉深壁区域内相对无支撑，因此，消除拉深壁起皱比抑制法兰起皱要难得多。我们知道在不被支撑的拉深壁区域中材料的外力拉深可以防止起皱，这可以在实践中通过增加压边力而实现，但是运用过大的拉深力会引起破裂失效。因此，压边力必须控制在一定的范围内，一方面可以抑制起皱，另一方面也可以防止破裂失效。合适的压边力范围是很难确定的，因为起皱在拉深零件的中心区域以一个复杂的形状形成，甚至根本不存在一个合适的压边力范围。为了研究起皱的原因，Yoshida et al.发明了一个试验，即：一张薄板延着对角的一个方向进行不均匀拉深。他们还提出了一个近似的理论模型，起皱的初始是由于弹性变形导致横向压力发展成为不均匀的压力场。Yu et al.用试验和理论分析的方法来研究起皱问题。他们发现根据他们的理论分析，起皱发生在两个环形的起伏处，而且试验结果指出了46处起皱。Narayanasamy和Sowerby通过圆锥形凸模和半球形凸模的拉深来研究金属板料的起皱。同时，他们也试图整理防止发生起皱的特性参数。这些试验都仅仅围绕在与简单形状成形有关的起皱问题上，例如：一个圆形的盒件等等。在20世纪90年代初期，3D动态有限元方法的应用成功，使得解决金属板料成形复杂形状的起皱现象的分析变成了可能。目前，研究人员都使用3D有限元方法来分析带有斜度的方形盒和带有阶梯的方形盒零件拉深时在拉深壁处由于金属板料流动引起的褶皱以及在成形过程中的参数的影响因素。一个有斜度的方形盒，如图1（a）所示，盒形件的每一个倾斜的拉深壁都与圆锥盒形件相似。拉深成形过程中，在拉深壁处的金属板料是相对无支撑的，因此，褶皱是倾斜的。在目前的研究中，各种关于起皱的成型过程参数都被研究。在带有阶梯的方形盒件的研究中，如图1（b）所示，观察到了另一种类型的起皱。在当前的研究中，为了得出分析的效果，实际生产用阶梯形结构的零件来研究。使用有限元方法可以分析出起皱的原因，并且可以使一个最优的模具设计消除起皱现象。有限元分析使得模具设计在实际生产中更为合理化。（b）带有阶梯的方形盒件图1二、有限元模型模具的几何结构（包括凸模、凹模、压边装置等等），通过使用CAD和PRO/ENGINEER来设计。使用CAD将3个节点或4个节点形成壳形的单体，进而在模型上形成网格体系。使用有限元模拟，模型被视为是刚性的，并且相对应的网格仅仅可以定义模型的几何形状，不能对压力进行分析。使用CAD所建立的4个节点的壳形单体可以为板料创建网格体系。图2给出了模型完全建立时的网格体系和用以成形带有斜度的方形盒件的金属板料。由于对称的原因，仅仅分析了零件的1/4。在模拟过程中，金属板料放在压边装置上，凹模向下移动，夹紧板料。凸模向上移动，拉深板料至模具型腔。 为了精确的完成有限元分析，金属板料的实际压力拉力的关系需要输入相关的数据。从目前的研究来看，金属板料的深拉深的特性参数已经用于模拟。一个拉深的实验已经用于样品的生产，并且沿着压延方向和与压延方向成45和90的方向切断。平均的流动压力可以通过公式=（0+245+90）/4，计算出来，进而准确测量出实际拉力，如图3所示，以用于带有斜度的方形盒件和带有阶梯的方形盒件的拉深。目前研究中的所有模拟都在SGI Indigo2工作站使用有限元可调拉深程序完成。完成了用于模拟所需数据的输入（假定凹模速度为10m /s，并且平均摩擦系数为0.1）。图2 有限元模拟的网格体系实际压力（GPa）图3 金属板料的实际压力拉力的关系实际拉力（mm/mm）三、带有斜度的方形盒件的起皱一个带有斜度的方形盒可以给出草图的相关尺寸，如图1（a）所示。从图1（a）可以看出方形凸模顶部每边的长度为2Wp，凹模口部长度为2Wd以及拉深高度H影响起皱所考虑的关键性尺寸。凹模的口部尺寸与凸模顶部尺寸差值的一半为凸模的间隙，即：G=WdWp。拉深壁处金属板料相对无支撑的程度可能取决于凸模的间隙，并且增加压边力也有可能抑制起皱现象的发生。在有斜度的方形盒拉深中，与发生起皱有关系的两个参数凸模间隙和压边力，他们对起皱的影响也正在研究之中。3.1.凸模间隙的影响为了研究凸模间隙对起皱的影响，现在分别用凸模间隙为20mm，30mm和50mm的带有斜度的方形盒进行拉深模拟。在每次模拟拉深中，凹模口部尺寸为200mm固定不变，并且拉深高度均为100mm。在3次模拟中，均使用尺寸为380mm380mm的方形板料，且板料厚度均为0.7mm，凹模对板料的压力拉力关系，如图3所示。图4 带有斜度的方形盒件的褶皱模拟图（G=50mm）模拟结果表明：三个有斜度的方形盒均发生了起皱现象，图4给出了凸模间隙为50mm的方形盒的形状。从图4可以看出，起皱分布在拉深壁处，并且拉深壁邻近的拐角处起皱现象尤为严重。经分析，在拉深过程中，起皱是由于拉深壁处存在过大的无支撑区域，而且凸模顶部和凹模口部长度的不同是由于凸模间隙的存在。在凸模顶部与凹模之间的金属板料的延伸变得不稳定，是由于断面压力的存在。在压力作用下，金属板料的无约束拉深是在拉深壁处形成褶皱的主要原因。为了比较三个不同凸模间隙的试验结果，需要引入两个主应力的比值，为min/max, min/max是主应力相对的最小值和最大值。Hosford和Caddell指出，值比临界值更重要，如果起皱发生，那么值越大，起皱现象就可能越严重。如图4和图5的曲线所示，三次不同凸模间隙的拉深模拟，沿MN截面的相同拉深高度处的值。从图5可以看出，在3次模拟中位于拉深壁的拐角处起皱比较严重，在拉深壁的中间起皱比较弱。还可以看出，凸模间隙越大，比值就越大。因此，增加凸模间隙将可能增加带有斜度的方形盒件在拉深壁处起皱的可能性。3.2.压边力的影响众所周知，增加压边力可以帮助削弱拉深过程中发生的褶皱。为了研究增加压边力的影响，采用凸模间隙为50mm，不同的压边力数值来对有斜度的方形盒进行拉深起皱的模拟。压边力从100KN增加到600KN，以提供压边力0.33Mpa到1.98Mpa。其他模拟条件和先前的规定保持一致（在模拟当中采用了300KN的压边力）。 模拟结果表明：增加压边力并不能消除拉深壁处起皱现象的发生。如图4所示，在MN截面处的值，和压边力分别为100KN、600KN的拉深相比较，模拟结果指出，在MN截面处的值都是相同的。为了分析两次不同压边力时出现起皱的不同，从拉深壁顶部到直线MN处，对5处不同高度截面进行了分析，如图4所示，图6给出了所有情况的曲线。从图6可以看出，几种情况截面处的波度是相似的。这就证明压边力与有斜度的方形盒件拉深中的起皱现象无关，因为褶皱的形成主要是由于拉深壁处大面积无支撑区域存在较大的横断面压力，所以压边力并不影响凸模顶部与凹模肩部之间的制件形状的不稳定状况。距离（mm）图5 对于不同凸模间隙在MN截面处的值图6 在不同的压边力状态下，拉深壁不同高度处的横断面线。(a)100KN.(b)600KN.四、带有阶梯的方形盒件在带有阶梯的方形盒件的拉深中，即使凸模间隙不是这样重要，而在拉深壁处仍然会发生起皱。图1（b）所示为带有阶梯的方形盒件拉深用的凸模，图1（b）给出了拉深壁C和阶梯处D、E。目前，实际生产中一直在研究这种类型的几何结构。生产中，板料的厚度为0.7mm，压力拉力关系从应力试验中获得，如图3所示。这种拉深件的生产是通过深拉深和整形两个工序组成的。由于凸模拐角处的小圆角半径和复杂的几何结构，导致在盒形件的顶部边缘发生破裂，在盒形件的拉深壁处发生褶皱，如图7所示。从图7中可以看出，褶皱分布在拉深壁处，尤其在阶梯边缘的拐角处更为严重，如图1（b）所示的AD和BE处。金属板料在凸模顶部的边缘开裂，进而形成破裂，如图7所示。图7 产品上的褶皱和破裂情况图8 模拟产品起皱和破裂的盒形件外形图为了对拉深过程中金属板料出现的变形现象有更进一步的了解，生产中仍然采用了有限元分析方法。最初的设计已经用有限元模拟完成。模拟的盒形件外形如图8所示。从图8可以看出，盒形件顶部边缘的网络拉深比较严重，褶皱分布在拉深壁处，这与实际生产中的状况是一致的。小的凸模圆角，例如AB边缘的圆角和凸模拐角A处的圆角，如图1（b）所示，是拉深壁处破裂的主要原因。然而，根据有限元分析的结果，通过加大上述两处圆角可以避免破裂的产生。较大的拐角圆角这种想法通过实际生产加工被验证是可行的。还有一些试验也是模拟褶皱的。最初时将压边力增加到初始值的2倍。然而，正如和有斜度的方形盒件拉深时获得的结论是一样的，压边力对起皱的影响并不是最主要的。相同的结论是增大摩擦或者增加坯料的尺寸。因此我们得出的结论是：通过增加压边力是不能抑制起皱现象的发生的。起皱的形成是由于在某些区域发生多余的金属板料流动，所以应在起皱的区域增加压杆装置来控制多余的金属料流。压杆应加到平行于起皱的方向，以便能有效的控制多余的金属料流。在这种理论分析下，两个压杆应加到拉深壁的临近处，如图9所示以便能控制多余的金属料流。模拟的结果表明：正如所期望的那样，通过压杆的作用，阶梯拐角处的起皱被控制住了，但是一些褶皱还是存在于拉深壁处。这就表明：需要在拉深壁处设置更多的压杆，以控制多余的金属料流。但是从结构设计的角度考虑，这种结构是不可行的。图9 在拉深壁处增加的压杆在拉深工序中采用有限元分析的优点之一就是可以通过拉深模拟来监视、控制金属板料的形状变形，而这些在实际生产中是不可能做到的。在拉深过程中，仔细地看金属板料的流动，可以看出金属板料首先由凸模拉深进凹模腔内，直到金属板料到阶梯边缘DE处时，褶皱才开始形成。褶皱的形状如图10所示。有限元分析还可以为模具设计的改进提供相关的数据信息。 图10 金属板料接触阶梯边缘时形成褶皱图11 切断阶梯拐角后的外形图图12 凸模设计修改后的外形模拟图最初推断发生起皱的原因是由于凸模拐角圆角A处和阶梯拐角圆角D处的金属板料不均匀、不稳定拉深形成的。因此，模具应设计成在阶梯拐角处切断一部分，如图11所示，以有利于改善拉深条件。通过增加阶梯边缘而使板料均匀、稳定的拉深。然而在拉深壁处还是存在起皱现象。结果指出：起皱的原因是由于凸模顶部边缘和整个阶梯边缘的板料不均匀、不稳定的拉深，这与凸模拐角和阶梯拐角不同。毫无疑问，模具的设计结构应有两处需要调整，一处是切断整个阶梯；另一处是增加拉深工序，使用2次拉深可以获得期望的形状。如图12所示，是这种成形方法模拟出的外形。如果较低的台阶被切断去除，那么这种盒形件的拉深就与矩形盒件的拉深十分相似，详见图12。从图12可以看出，褶皱被去除了。在两次拉深过程中，金属板料首先拉深成较深的台阶，如图13（a）所示。因此，较低的阶梯是在第二次拉深工序中形成的，此时，可以获得我们所期望的外形，如图13（b）所示。从图13（b）中可以清楚地看出，带有阶梯的方形盒件通过两次拉深被制作出来，而且没有褶皱。在两次拉深工序中，如果假想使用相反的顺序拉深，较低的阶梯首先成形，然后再拉深成较高的台阶，那么在较深台阶的边缘处，如图1（b）AB处，容易形成破裂现象，因为凹模中在较低阶梯处的金属板料很难流动。有限元模拟分析指出要想获得理想的带有阶梯的方形盒件，使用一次拉深几乎是不可能成功的。然而，使用两次拉深则增加了生产成本，因为模具成本和制造成本增加了。为了维持较低的生产成本，设计师对盒形件外形做了适当的修改，并且根据有限元模拟的结果，修改了模具，切断去除了较低的阶梯，如图12所示。修改之后，拉深模制造出来了，并且盒形件消除了褶皱问题，如图14 所示。盒形件的外形也与用有限元模拟所获得的外形效果一样好。图13 （a）第一次拉深工序 （b）第二次拉深工序图14 消除褶皱后的产品图为了更进一步验证有限元模拟的结论，将从模拟的结果中获得的截面GH处的板料厚度的分布情况与实际生产中的情况进行比较。比较情况如图15所示。从图15的比较情况可以断定：通过有限元模拟的厚度分布与实际生产的情况基本上一致。这就证明了有限元分析方法的有效性。 厚度（mm） 距离（mm）图15 模拟与实际生产中，GH截面处的板料厚度分布比较图五、简要论点及结束语在拉深过程中发生的两种类型的褶皱通过有限元分析研究以及对起皱原因做的试验，最终发现了抑制起皱的方法。第一种类型的起皱出现在带有斜度的方形盒件的拉深壁处。在凹模口部的高度尺寸和凸模顶部的高度尺寸等因素中，起皱的发生归因于较大的凸模间隙。较大的凸模间隙会导致拉深到凸模顶部与凹模肩部的金属板料处产生较大的无支撑区域，而金属板料较大的无支撑区域是形成起皱的最终原因。有限元模拟表明这种类型的起皱是不能通过增加压边力而抑制的。另一种类型的起皱发生在实际生产中带有阶梯的几何结构的方形盒件中。研究发现即使凸模间隙影响不是很重要，起皱还是会发生在阶梯上面的拉深壁处。根据有限元分析，起皱的原因主要是由于凸模顶部和台阶边缘之间的不均匀拉深造成的。为了避免起皱，在模具设计中使用有限元模拟做了一些试验，试验最终确定的最优设计就是将阶梯去除。修改后的模具设计生产出了无缺陷的盒形零件。模具分析的结果和实际生产所获得的结论证明了有限元分析的准确性和使用有限元模拟的有效性。因此可以说：有限元方法可以取代传统的实际生产试验的昂贵的方法。 在冲压过程模拟 - 产品和工艺设计最新应用W托马斯*、T. 欧安诺奇 和T. 埃尔顿摘 要 工艺产品和工艺设计仿真都是目前正在实行产业。然而，一个变量数目会对输入的准确性和计算机预测的可靠性产生重大的影响。 曾经进行一项有关冲压模拟能力评估预测的特点和其工艺条件部分的复杂形面形成了复合、工业零件的研究。在工业应用中，下面是冲压过程的进行模拟测试达到的两个目标：（1）通过分析在产品设计阶段、成形性及预测来优化产品的设计；（2）在模具设计的前期阶段减少试模时间和在冲压加工过程中降低生产成本。为了达到这两个目标，有两种方法可以选择：一种是Pam-Stamp应用法，一种是Intl工程系统有限元增量的动态程序法。很明显第二个目标方法比较好，因为它可以处理的实际冲压中的大多数参数。FAST_FORM3D，一个单步有限元程序的成型技术，匹配第一个目标，因为它只需零件几何形状复杂的过程，而不是信息。在以往的研究表明，这些两个冲压守则也适用于制造汽车和工程机械所使用的复杂形状部件。对在冲压成形性预测问题的能力进行了评价。本文回顾了这一研究结果，并总结了有限元模拟程序所取得结果的准确性、可靠性。 在另一项研究中，对控制压边力（BHF）在半球状圆顶平底杯拉深中的影响进行了研究。高性能的标准汽车材料铝镇静高质量钢（AKDQ），以及如高强度钢板、烘烤硬钢、铝6111等。已经确认不同的压边力可以改善圆顶杯的应变分布。关键词：冲压；过程刺激；工艺设计文章概要1. 简介2. 品仿真 - 应用3. 模具和工艺模拟 - 应用 4. 压边力控制 - 应用5. 结论和未来工作 1.简介对于形状复杂的板材（如汽车覆盖件金属冲压件的设计过程，包括决策的许多阶段）的设计过程是一个非常昂贵和耗时的过程。在目前的工业上，许多工程决策是基于工作人员的经验和他们的知识，这些决策通常是经过软工装模具成型阶段和硬模选拔赛验证阶段后才做出的。很多时候软、硬工具必须重新编制，甚至重新设计和提供的零件到达可接受的质量水平。 现在将最好的设计过程列在图1中。在这个设计过程中，经验丰富的产品设计人员会使用一个称为一步有限元法的专门设计的软件来估计其设计成形性。这将使产品的设计者在确定设计路线之前，以及昂贵的模具已经制造出来之前做必要的修改。一步法有限元法特别适合用于产品分析，因为它不需要粘结剂、附录、甚至绝大多数工艺条件。通常方法不可用在产品设计阶段。一步法有限元法也很容易掌握，计算速度快，这使得设计人员能够发挥“如果”没有太多的时间投资。 图- 1 金属薄板冲压件的参考设计过程。 一旦产品已经设计和经过验证，开发项目将进入“零时间”阶段，并传递到模具设计阶段。模具设计人员会确认他们自己的增量有限元程序的有关设计并进行必要的设计变更，甚至优化工艺参数，确保不只是最低的可接受的零件质量，而是最高达到的质量。这增加了产品的质量，而且增加过程的成品率。增量有限元法特别适合于模具设计分析，因为它确实需要粘合剂，附录，以及已知的模具设计或渴望被人知道的过程。验证制造模具的设计后就会直接进入了艰苦的生产加工和被验证阶段，在此期间，将与物理原型零件对比着进行，试用时间应该减少由于先前的数值验证。重新设计和成型，由于不可预见的问题，再制造模具应该是过去的事情。试用时间减少和消除重新设计/再制造所用的时间应该超过弥补进行数值验证、试模、加工过程所用的时间。对于薄板冲压件生产商而言，冲压工艺的优化也是非常重要的。通过适度增加压力机设备的投资、并使用模具成型、一个人可以控制多个冲压过程。据记载，压边力是板料成形过程中最敏感的工艺参数之一，因此可用于精确控制变形过程。通过控制压边力在功能和压应力的位置等有效措施,提高粘结剂的外围的应变分布的小组提供了新增的强度和刚度,降低了面板和残余应力的回弹程度,提高产品品质和稳定性。通过控制作为压应力和周围的粘结剂边缘位置的函数压边力，可以提高面板强度和刚度，减少面板回弹和残余应力应变分布，提高产品质量和过程的稳定性。一种廉价的工业质量体系，目前正在制定在紧急救济协调员/ NSM采用了液压和氮的结合，如图2所示。使用压边力控制也可以允许工程师设计更具有侵略性的板窗利用所提供的增加压边力控制成形性。图2. 压边力控制系统和模具正在开发的ERC / NSM实验室1.对设计过程的三个独立阶段研究进行了研究将会在下一节描述产品的设计阶段，其中一个步骤是有限元程序FAST_FORM3D（成型技术）的验证，作为实验室和工业的一部分，用来预测毛坯最佳形状的研究。第4节总结了模具的设计阶段，其中一个实际的工业平板是用来验证的增量有限元程序的PAM Stamp系统（国际工程系统）的研究。第5节覆盖了在实验室研究压边力控制应变分布在深冲、半球形、圆顶平底杯的影响。2. 产品仿真 - 应用这项调查的目的是为了验证FAST_FORM3D系统，确定FAST_FORM3D对毛坯形状预测的能力，并确定一步有限元法在产品设计过程中是怎么实施的。成型技术提供了他们的一步法有限元代码和培训中心的FAST_FORM3D / NSM为目的的基准和研究。FAST_FORM3D并不等同于变形历史。相反，它将项目上一个平面或可展曲面零件几何形状和重新定位的最后节点和元素，直至达到最低能量状态。这个过程是计算速度比就像是PAM Stemp的增量模拟，也使得假设增多。FAST_FORM3D能评价和估计最优毛坯矩形件的结构，也是一个强有力的工具，产品设计师由于其速度和使用的安逸性，但是在这时期的几何是不可用的。为了验证FAST_FORM3D，我们比较分析其与毛坯形状预测预报方法的毛坯形状。该零件的几何形状如图3所示是一个长15英寸、宽5英寸、深12英寸有一个1英寸直角法兰盘英寸。表1列出了工艺条件下使用，图4显示了使用Romanovski零件毛坯形状的实证法和滑移线场的方法来预测毛坯形状的原理。图. 3 矩形几何用于FAST_FORM3D验证图4 使用手工计算毛坯长方形盘的外形设计（一）Romanovski的经验方法；（二）滑移线场分析方法。图5（a）给出了预测从Romanovski法，滑移线场方法，几何形状和FAST_FORM3D空白。空白形状同意在角落里地区，但不同的侧面区域很大。图5（二）- （c）显示抽签中模式后的矩形绘制过程。平移由Pam-Stemp模拟预测空白的每个形状。抽签中地区在弯道很好匹配所有三个长方形盘模式。滑移线场方法，虽然没有达到目标区域在身边1英寸法兰，而Romanovski和FAST_FORM3D方法实现了1英寸法兰在身边地区相对较好。此外，只有FAST_FORM3D毛坯同意在角落里/侧过渡区。此外，FAST_FORM3D毛坯比Romanovski具有较好的应变分布和更低的峰值应变比，由图6中可以看到。图5 各种毛坯形状预测和帕姆印花仿真结果为长方形锅。（一）三预测空白形状;（二）变形滑移线领域的毛坯;（三）畸形Romanovski毛坯;（四）畸形FAST_FORM3D毛坯图6 比较应变泛用长方形的PAM Stemp形状分布的各种毛坯（一）变形Romanovski毛坯;（二）畸形FAST_FORM3D毛坯。若要继续此验证研究，从小松制作工业部分被选中，并在图7（a）所示。我们预计的一个最优几何FAST_FORM3D空白的实验装置，正如所见，毛坯很相似，但有一些差异，最终的零件毛坯形状,如图7(b)。 图7 仪器FAST_FORM3D模拟结果包括最终验证（一）FAST_FORM3D成形性能的比较；（二）预测与实验的毛坯形状比较。接下来,我们模拟了冲压的毛坯和FAST_FORM3D使用Pam-Stamp实验毛坯。我们通过比较两者的计算机辅助设计(CAD)预测的零件几何形状 (图8)，发现FAST_FORM3D是更精确的。一个不错的特征是,FAST_FORM3D能显示“失败”的部分情节的轮廓曲线，对失败限制示于图7(A)。总之, FAST_FORM3D在预测的实验室和工业部件的最佳形状成功的毛坯。这表明，FAST_FORM3D可以成功地用于评估产品设计成形性的问题。在仪器的覆盖情况下，审判和错误实验多小时可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形状可能已经开发出来。图 8 比较FAST_FORM3D和实验仪器的零件形状。（一）实验开发毛坯形状和CAD几何;（二）优化毛坯形状和FAST_FORM3D的CAD几何。3. 模具和工艺模拟- 应用为了在研究模具设计过程中紧密合作，一个由日本小松制作所和ERC/ NSM组成的小组。与形成问题的一个生产小组选择了小松。该面板是挖掘机的驾驶室左侧内板，如图9所示。是的几何简化为一个实验实验室死亡，同时保持该小组的主要特征。在实验进行过程中小松使用表2所示的条件。一个成形极限图（FLD）研制了用于绘图品质采用穹顶钢和视觉测试应变测量系统，并在图10所示。在实验中使用三压边力分别是（10，30，50吨）以确定其效果。每个模拟实验条件进行了增量在ERC/ NSM使用PAM-Stemp。图9 挖掘机的驾驶室，左侧内板表2机舱内 的工艺条件调查图10 在机舱内调查所使用的绘图优质钢成形极限图。在10吨的条件下发生起皱的实验部分，如图11所示。在30吨条件下发生皱纹被淘汰，如图12所示。对这些实验结果进行了PAM Stemp模拟预测，如图13所示。 30吨压力的测量小组以确定材料画中的模式。这些测量结果进行了比较与预测材料绘制在图14研究。效果是非常良好，只有10毫米，最大的错误。一个轻微的颈部，观察小组的30吨，如图13所示。在50吨时，面板上会出现明显的骨折起皱。图11 皱褶实验室机舱内板，压边力= 10吨图12 压边力=30吨机舱内的实验室和颈缩变形阶段。（一）实验毛坯;（二）实验小组，形成了60;（三）实验小组，完全形成;（四）实验小组，缩颈细节。图13 预测和在实验室客舱内消除皱纹（a）预期的几何形状，压边力= 10吨;（二）预测的几何形状，压边力= 30吨图14 在实验室内舱预测与实测比较所得出的结果，压边力= 30吨应变测量系统测量了每个小组的结果，其结果如图15所示。从每个小组有限元模拟的预测在图16所示。这些预测和测量吻合有关的应变分布，不同的压边力对结果的影响不大。虽然趋势是代表，压边力的影响往往在模拟的压力更多的本地化的方式相比，测量。然而，这些预测表明， PAM Stemp正确预测了颈缩和断裂在30和50吨时发生。关于摩擦应变分布的影响进行了研究,如图17模拟图所示。图 15 机舱内的实验室试验应变测量。（一）测量应变，压边力= 10吨（面板皱）（二）测量应变，压边力= 30吨（面板颈）;（三）测量应变，压边力=50吨（面板裂缝）。图16 机舱内的实验室应变有限元预测。（a）预期的压力，压边力= 10吨;（二）预测的压力，压边力= 30吨;（三）预测的压力，压边力= 50吨。图17 实验室内预测效应摩擦机舱内，压边力= 30吨。（a）预期的压力，=0.06；（二）预测应变，=0.10。它们的比较结果摘要列于表3中，此表显示，模拟预测了在实验条件下每一株测量系统实验观测结果。这表明，PAM-Stemp可以用来评估成形模具设计相关的问题。表3 客舱内的研究结果摘要4压边力控制- 应用这次调查的目的是确定各种高性能材料在半球状，圆顶平底，深拉杯深冲性能（见图18），并探讨不同时间的变压边力上进行了拉伸试验，以确定这些材料进行分析和模拟输入到流动应力和各向异性特征（见图 19和表5）。在被调查的材料包括AKDQ钢、高强度钢、烘烤硬钢、铝6111（见表4）。图18 巨形杯模具的几何形状表4 用于材料研究的圆顶杯图19 铝6111，AKDQ，强度高，烤硬钢的拉伸试验结果。（一）拉伸试样裂隙；（二）应力/应变曲线。表5 铝6111、AKDQ、烤硬钢的高强度拉伸试验数据值得注意的是流动应力和AKDQ烤硬钢曲线非常类似，但是在5的时候伸长率减少类似烤硬。虽然高强度钢和铝6111的伸长率很相似，但是其N值比铝6111的值大两倍。此外， AKDQ的R值远远大于1，而烤硬接近1，铝6111远小于1。在这次调查中的压边力用型材时间变量中包含常数，线性减少，脉动（见图20）。为AKDQ钢的实验条件进行了模拟使用的PAM -Stemp增量代码。断裂、皱纹的例子，和良好的实验室杯图21所示以及对模拟图像皱杯。图20.用于研究剖面圆顶杯的压边力时间（一）固定压边力;（二）斜压边力;（三）脉动压边力。图 21模拟实验和圆顶杯（一）实验好杯；（b）实验裂隙杯；（三）实验皱杯；（四）模拟皱杯对深冲性能进行了实验研究限制使用固定压边力。这项研究的结果显示在表6。此表显示，AKDQ的冲压性能最大，而铝的最小而烤硬、高强度钢的性能中等。对AKDQ的连续应变分布、脉动压边力进行了比较实验图22，模拟图23。这两个模拟和实验的结果发现，斜坡的压边力轨迹对于提高应变分布情况是最好的。不仅减少了骨折的可能性降低峰值高达5，而且还降低应变地区的增加。这种应变分布的改善，提高产品的刚度和强度，减少回弹和残余应力，提高产品质量和工艺的鲁棒性。表6 恒定压边力限制的顶灯杯的冲压性能图22时间变量对AKDQ钢圆顶杯压边力变化的实验图23 时间变量对AKDQ钢圆顶杯压边力变化的模拟实验脉动压边力在调查的频率范围内，未发现有对应变分布的影响。这可能是由于这一事实的脉动频率进行了测试只有1赫兹。从其他研究人员以前的实验可知，适当的频率范围是从5到25赫兹。AKDQ从模拟和实验载荷行程曲线比较图24所示。良好的协议被发现的情况下=0.08。这表明，有限元模拟可以用来评估成形性，可以通过使用压边力控制技术获得改善。图24.KDQ穹顶钢杯的比较实验与模拟负载冲程曲线5结论和未来工作在本文中，我们评价一个复杂的冲压件的改进设计过程中，涉及消除了软模具相结合的产品和工艺验证使用单步和增量有限元模拟。此外，改进工艺，提出了压边力控制实施以提高产品质量和工艺的鲁棒性组成三个独立的调查分析，总结其在设计过程的各个阶段。首先，产品设计阶段进行了调查与实验室和一个步骤有限元程序FAST_FORM3D和评估的能力，在产品设计成形性问题所涉及的工业验证。 FAST_FORM3D在预测中矩形工业仪表盘和盖形状最佳空白成功。在仪器的覆盖情况下，审判和错误实验多小时可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形状可能已经开发出来。 其次，模具设计阶段进行了调查实验室和增量代码的PAM Stemp系统的工业验证和评估的能力，形成与模具设计有关的问题。这项调查表明，PAM的邮票可以预测应变分布，起皱，颈缩和断裂，至少一个远景以及应变各种条件下的实验测量系统。最后，工艺设计阶段的调查，对质量可与压边力控制技术的实现实现改善的实验研究。在此调查，半球状，圆顶平底高峰株，杯子的拉伸值都被减少了5，从而减少了皱折的可能性，并降低了应变区强度。这种应变分布的改善，提高产品的刚度和强度，减少回弹和残余应力，提高产品质量和工艺的稳定性。可以预计，深冲性能将会在不断优化的压边力中逐渐增强。此外，在实验测量和数值模拟预测中发现负载行程曲线，表明有限元模拟可以用来评估成形性，可控制压边力技术，使用得到改善。22